Thiết kế hệ thống xử lý bụi tại xưởng chế biến gỗ Green Home - ĐH Bình Dương

Giới thiệu quy trình tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi cho nhà máy chế biến gỗ Green Home. Giải pháp lọc bụi công nghiệp hiệu quả và đạt chuẩn.

• Tác giả: Mai Thị Nhuận
• Người hướng dẫn: Th.S Đặng Hải Bình
• Trường học: Trường Đại Học Bình Dương
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi công ty TNHH chế biến gỗ Green Home
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Bình Dương

Tóm tắt

I. Tổng quan về tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi

Hệ thống xử lý bụi đóng vai trò quan trọng trong sản xuất chế biến gỗ. Công ty TNHH Chế Biến Gỗ Green Home hoạt động trong lĩnh vực sản xuất đồ gỗ nội thất. Quy trình sản xuất bao gồm nhiều công đoạn tạo bụi: cưa, cắt, bào, chà nhám, phun sơn. Bụi gỗ phát sinh liên tục trong quá trình gia công. Nếu không xử lý hiệu quả, bụi gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Bụi ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe công nhân. Nguy cơ bệnh hô hấp tăng cao. Thiết kế hệ thống xử lý bụi phù hợp giúp đạt tiêu chuẩn xả thải. Hệ thống cần đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. Tính toán chính xác giúp tối ưu chi phí đầu tư. Đồng thời đảm bảo hiệu suất thu gom bụi đạt trên 95%. Hệ thống xử lý bụi bao gồm nhiều thành phần: quạt hút, cyclone, ống dẫn, thiết bị lọc. Mỗi phần tử cần được tính toán kỹ lưỡng. Công ty Green Home cần hệ thống hoạt động ổn định lâu dài.

1.1. Giới thiệu công ty TNHH Chế Biến Gỗ Green Home

Công ty TNHH Chế Biến Gỗ Green Home chuyên sản xuất đồ gỗ nội thất. Công ty đặt tại khu công nghiệp với quy mô sản xuất lớn. Quy trình sản xuất sử dụng nguyên liệu gỗ nhập khẩu từ các nước trong khu vực. Sản phẩm chính bao gồm tủ, bàn, ghế và các sản phẩm nội thất khác. Công ty áp dụng công nghệ hiện đại trong sản xuất. Tuy nhiên, bụi gỗ vẫn là vấn đề môi trường cần giải quyết. Công ty cần đầu tư hệ thống xử lý bụi đạt chuẩn để duy trì sản xuất bền vững.

1.2. Mục đích của tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi

Mục đích chính là tính toán và thiết kế hệ thống xử lý bụi hiệu quả cho công ty. Hệ thống phải thu gom được bụi từ tất cả công đoạn sản xuất. Hiệu suất xử lý bụi cần đạt tiêu chuẩn QCVN về khí thải công nghiệp. Thiết kế phải đảm bảo tính khả thi về kỹ thuật. Chi phí đầu tư và vận hành phải hợp lý. Hệ thống cần dễ bảo trì và sửa chữa. Đảm bảo an toàn cho công nhân trong quá trình vận hành. Giảm thiểu tác động xấu đến môi trường xung quanh nhà máy.

II. Phân tích tính chất bụi gỗ và vấn đề ô nhiễm

Bụi gỗ có nhiều tính chất đặc trưng cần được phân tích kỹ. Kích thước hạt bụi ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả xử lý. Bụi gỗ thường có kích thước từ 1 đến 100 micromet. Hình dạng hạt bụi không đều, có bề mặt xù xì. Tính hút ẩm của bụi phụ thuộc vào thành phần hóa học. Bụi gỗ có khả năng cháy nổ khi nồng độ đạt giới hạn dưới. Suất điện trở của lớp bụi ảnh hưởng đến thiết bị lọc tĩnh điện. Bụi gỗ thuộc nhóm suất điện trở thấp đến trung bình. Tính chất này giúp lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp. Bụi phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau trong nhà máy. Máy cưa tạo ra bụi thô với kích thước lớn. Máy bào và chà nhám tạo bụi mịn hơn. Công đoạn phun sơn tạo bụi sơn độc hại. Nồng độ bụi tại các vị trí sản xuất vượt ngưỡng cho phép. Công nhân tiếp xúc lâu dài với bụi gỗ có nguy cơ mắc bệnh hô hấp. Cần đánh giá đầy đủ tính chất bụi để thiết kế hệ thống tối ưu.

2.1. Tính chất lý hóa của bụi gỗ công nghiệp

Bụi gỗ có nhiều tính chất lý hóa đặc trưng. Kích thước hạt bụi phân bố rộng từ 1-100 μm. Hình dạng hạt không đều, bề mặt thô ráp. Tính hút ẩm cao do chứa cellulose và lignin. Bụi có khả năng hòa tan trong một số dung môi hữu cơ. Tính mang điện của bụi ảnh hưởng đến quá trình lắng. Suất điện trở của lớp bụi gỗ thường từ 10^4 đến 10^8 Ω.cm. Thuộc nhóm bụi suất điện trở trung bình. Tính chất này thuận lợi cho xử lý bằng cyclone và lọc túi.

2.2. Nguồn phát sinh và tác động của bụi trong sản xuất gỗ

Bụi phát sinh từ nhiều công đoạn sản xuất. Công đoạn tạo mẫu và chuẩn bị nguyên liệu tạo bụi gỗ thô. Giai đoạn tạo hình thô với cưa, cắt, khoan tạo bụi kích thước lớn. Công đoạn tạo hình chi tiết như tiện, bào, chà nhám tạo bụi mịn. Giai đoạn hoàn thiện với phun sơn tạo bụi sơn độc hại. Lắp ráp và kiểm tra cũng phát sinh bụi nhưng ít hơn. Bụi tích tụ trong không khí gây ô nhiễm môi trường làm việc. Công nhân hít phải bụi lâu dài có nguy cơ mắc bệnh phổi nghề nghiệp.

III. Phương pháp tính toán và thiết kế hệ thống xử lý bụi

Hệ thống xử lý bụi bao gồm nhiều thiết bị được tính toán cẩn thận. Bộ phận thu gom bụi gồm chụp hút và hệ thống ống dẫn. Quạt hút tạo lực hút để đưa bụi vào hệ thống. Cyclone là thiết bị sơ bộ tách bụi thô. Bộ lọc túi vải xử lý bụi mịn còn lại. Tính toán lưu lượng khí cần dựa trên lượng bụi phát sinh. Diện tích chụp hút phải đủ lớn để thu gom hết bụi. Tốc độ khí trong ống dẫn được chọn phù hợp. Áp suất tổn thất qua từng thiết bị cần tính chính xác. Công suất quạt hút phải đủ để克服所有阻力. Kích thước cyclone được tính theo công thức chuẩn. Số lượng túi lọc phụ thuộc vào lưu lượng khí và nồng độ bụi. Vật liệu chế tạo phải chịu được ăn mòn và mài mòn. Hệ thống cần có thiết bị đo lường và giám sát. Kinh phí đầu tư phải nằm trong khả năng của công ty. Vận hành hệ thống phải đơn giản và tiết kiệm năng lượng.

3.1. Tính toán thông số kỹ thuật của hệ thống

Tính toán lưu lượng khí dựa trên số lượng máy và công suất hoạt động. Diện tích chụp hút xác định theo kích thước máy phát sinh bụi. Tốc độ khí trong ống dẫn chọn từ 15-20 m/s. Áp suất tổn thất qua cyclone khoảng 800-1200 Pa. Áp suất tổn thất qua bộ lọc túi khoảng 1000-1500 Pa. Công suất quạt tính bằng tổng áp suất tổn thất cộng dự phòng 20%. Kích thước cyclone tính theo đường kính thân và chiều cao. Số lượng túi lọc dựa trên diện tích lọc cần thiết. Vật liệu túi lọc chọn loại chịu nhiệt và hóa chất phù hợp.

3.2. Lựa chọn thiết bị và quy trình công nghệ

Quạt hút loại ly tâm với lưu lượng và áp suất phù hợp. Cyclone loại hiệu suất cao, thu bụi thô trên 90%. Bộ lọc túi vải xử lý bụi mịn còn lại với hiệu suất 99%. ống dẫn bằng thép CT3 đường kính tính toán sẵn. Chụp hút thiết kế theo dạng kín hoặc hở tùy vị trí. Bụi thu gom được chứa trong phễu và thùng chứa. Quy trình công nghệ: khí bụi → chụp hút → ống dẫn → cyclone → lọc túi → quạt → ống khói. Hệ thống hoạt động liên tục trong ca sản xuất. Bảo trì định kỳ đảm bảo hiệu suất ổn định.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế hệ thống xử lý bụi

Đề tài đã hoàn thành việc tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi cho công ty Green Home. Hệ thống đáp ứng yêu cầu thu gom bụi từ tất cả công đoạn sản xuất. Hiệu suất xử lý bụi đạt trên 95%, đảm bảo tiêu chuẩn QCVN. Chi phí đầu tư ban đầu hợp lý, phù hợp với khả năng tài chính công ty. Chi phí vận hành và bảo trì không quá cao. Hệ thống dễ vận hành và bảo dưỡng. Công nhân được đào tạo sử dụng thành thạo. Môi trường làm việc cải thiện rõ rệt sau khi lắp đặt hệ thống. Nồng độ bụi giảm đáng kể, đạt ngưỡng cho phép. Sức khỏe công nhân được bảo vệ tốt hơn. Hệ thống có tính ứng dụng cao cho các công ty chế biến gỗ tương tự. Kết quả nghiên cứu có thể tham khảo cho thiết kế hệ thống xử lý bụi trong ngành gỗ. Góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành chế biến gỗ.

4.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật

Hiệu suất xử lý bụi đạt 95-99% tùy loại bụi. Nồng độ bụi sau xử lý đạt QCVN 19:2009/BTNMT. Chi phí đầu tư ban đầu bao gồm thiết bị và lắp đặt. Chi phí vận hành bao gồm điện năng và vật tư tiêu hao. Thời gian hoàn vốn đầu tư khoảng 2-3 năm. Bảo trì đơn giản với chi phí thấp. Hệ thống hoạt động ổn định ít hỏng hóc. Tiết kiệm năng lượng nhờ thiết kế tối ưu. Đánh giá tổng thể đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao.

4.2. Khuyến nghị và hướng phát triển

Cần thường xuyên bảo trì hệ thống theo định kỳ. Thay thế túi lọc khi áp suất tổn thất vượt ngưỡng. Giám sát liên tục nồng độ bụi tại nguồn phát. Cải tiến chụp hút để tăng hiệu quả thu gom. Áp dụng công nghệ mới như lọc tĩnh điện kết hợp. Đào tạo công nhân vận hành và an toàn lao động. Nghiên cứu tái sử dụng bụi gỗ làm nguyên liệu khác. Hướng phát triển: tự động hóa giám sát và điều khiển hệ thống. Kết hợp xử lý bụi và khí thải độc hại khác trong sản xuất gỗ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1, 2. - Từ 01/06/2011 đến 30/06/2011 - Hoàn chỉnh chương còn lại, hoàn chỉnh bản vẽ. - Từ 01/07/2011 đến 20/07/2011 - Hoàn chỉnh luận văn. - Từ 21/07/2011 đến 31/07/2011 - Tổng kết, hoàn tất báo cáo tổng hợp.

- Từ 01/08/2011 đến 30/08/2011 - Báo cáo luận văn. TỔNG QUAN TÀI LIỆU THAM KHẢO 2. TỔNG QUAN VỀ BỤI CÔNG NGHIỆP 2. Khái niệm Bụi 2.

Khái niện chung Bụi là các phân tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể được tạo ra trong các quá trình nghiền, ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau. Dưới tác dụng của các dòng khí hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lững và trong những điều kiện nhất định mà chúng tạo thành những vật chất mà người ta gọi là bụi. Bụi là một hệ thống gồm hai pha: Pha khí và pha rắn rời rạc; các hạt có kích thước nằm trong khoảng kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy được bằng mắt thường, có khả năng tồn tại ở dạng lơ lững trong thời gian dài ngắn khác nhau. Bụi là tập hợp nhiều hạt, có kích thước nhỏ bé, tồn tại lâu trong không khí dưới dạng bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung nhiều pha gồm hơi, khói, mù.

Bụi bay có kích thước từ (0,001÷10)µm bao gồm tro, muội, khói và những hạt rắn được nghiền nhỏ, chuyển động theo kiểu Brao hoặc rơi xuống đất với vận tốc không đổi theo định luật stoke. Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn thương nặng cho cơ quan hô hấp, nhất là khi phổi nhiễm bụi thạch anh (Silicose) do hít thở phải không khí có chứa bụi bioxit silic lâu ngày.Bụi công nghiệp Khái niệm bụi công nghiệp Bụi công nghiệp là loại bụi sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp. Nguồn phát thải chủ yếu nhất là quá trình đốt nhiên liệu trong các loại lò cũng như: Nhiều công đoạn gia công chế biến vật liệu dạng hạt, bột khác nhau. Các nguồn phát sinh bụi trong công nghiệp: - 5- Bảng 2.1 NGUỒN PHÁT THẢI BỤI TRONG MỘT SỐ NGHÀNH CÔNG NGHIỆP PHỔ BIẾN Loại công nghiệp PHÁT THAỈ BỤI hay quá trình hoạt đông công nghiêp Loại bụi Nguồn bụi (1) (2) (3) Nhà máy sản xuất Bụi oxit sắt, khói Lò gió, lò nấu thép, máy thêu kết sắt, thép Xưởng đúc gang Bụi oxit sắt, khói, khói Lò đứng, khu vực lamg khuôn đúc, dầu và khói kim loại dỡ khuôn Xưởng luyện than Khói, khói dầu và khói Lò nấu, lò luyện kim loại màu kim loại Nhà máy lọc dầu và Bụi xúc tác, tro, khói, Máy hoàn nguyên chất xúc tác, lò thổi nhựa đường acid sunfuric, bụi chất đốt cặn bã, thổi không khí vào nhựa lỏng đường Nhà máy xi măng Bụi vôi và bụi xi măng Lò nung, lò sấy, bộ phận làm nguội, làm khô, hệ thống chế biến vật liệu.

Nhà máy giấy (bột Bụi, hóa chất, sương Các lò tái sinh hóa chất, thùng nấu, giấy) lò đun vôi. Xưởng pha trộn Bụi thiêu kết Máy sấy khô, hệ thống gia công vật nhựa đường liệu. Nhà máy sản xuất Sương bụi acid, sương Các công đoạn gia công nhiệt-acid acid photphoric, acid. hóa đá photphat nghiền và chế biến sunfuric.

nguyên liệu Nhà máy luyện cốc Bụi than, bụi cốc, hắc Bộ phận cho nguyên liệu vào lò, ín. tháo lò, dập lữa, gia công vật liệu. Nhà máy sản xuất Sương acid sunfuric, Khu vực xử lý vật liệu thô, lò nấu kính sợi và sợi thủy bụi vật liệu thô, oxit thủy tinh, công đoạn chế biến tạo tinh kiềm, bụi nhựa. sợi thủy tinh.

- 6- (1) (2) (3) Xưởng gia công và Phế liệu, sương, Máy rang xay cà phê, máy sấy khô, chế biến ca phê dầu, bụi tro ca phê lò đốt khí thải, bộ phận làm nguội, kho chứa đốt phế liệu. Công nghệ cáng bông Sợi bông, bụi, khói. Máy cáng bông lò đốt phế liệu Nhà máy sản xuất xà Bụi chất tẩy Máy phun làm khô, hệ thống phòng và chất tẩy nghiền và gia công nguyên liệu. Công nghệ sản xuất Bụi sản phẩm Lò nung, máy làm khô, hệ thóng thạch cao gia công vật liệu thô và sản phẩm.

Công nghệ làm sạch Bụi than Máy làm khô than sau khi rửa than Công nghệ gia công Bụi gỗ Máy chà nhám, máy bào, máy cưa. chế biến gỗ ( Nguồn: ô nhiễm không khí và xử lý khí thải – tập 2 cơ học về bụi và phương pháp xử lý bụi – Trần Ngọc Chấn. Đường kính lắng chìm của hạt Bụi lắng có khích thước lớn hơn 10µm, thường rơi nhanh xuống đất theo định luật Newton với tốc độ tăng dần. Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn hại cho da, mắt, gây nhiễm trùng, gây dị ứng…Bụi thu giữ được hoặc bụi đã lắng đọng thường đồng nghĩa với khái niệm “bột”, tức là loại vật chất vụn, rời rạc.

Kích thước của hạt bụi δ được hiểu là đường kính, có độ dài cạnh của hạt hoặc lỗ rây, kích thước lớn nhất của hình chiếu của hạt. Đường kính tương đương δ tđ của hạt bụi có hình dáng bất kỳ là đường kính hình cầu có kích thước bằng thể tích hạt bụi. Vận tốc lắng chìm υ c của hạt bụi là vận tốc rơi của hạt trong môi trường tỉnh dưới tác dụng của trọng lực. Vận tốc lắng chìm phụ thuộc vào kích thước của hạt, hình dạng và khối lượng đơn vị và độ nhớt của môi trường.

- 7- Đường kính lắng chìm δ c của hạt bụi là đường kính hạt bụi hình cầu mà vận tốc rơi và khối lượng đơn vị của nó bằng vận tốc rơi và khối lượng đơn vị của hạt bụi có hình dáng phi chuẩn đang xem xét. Đường kính lắng chìm của hạt (micron - µ m) được xác định theo công thức sau đây: 18. ρ b , ρ : Khối lượng đơn vị của vật liệu bụi và môi trường, (g/cm3 ). τ : Thời gian rơi, (s) “10,tr.

Phân loại bụi  Theo nguồn gốc: - Bụi hữu cơ như bụi tự nhiên ( bụi do động đất, núi lửa, cháy rừng, bão cát…) - Bụi nhân tạo (nhựa, hóa học, cao su, …) - Bụi thực vật (bụi gỗ, bông, bụi phấn hoa…) - Bụi động vật (len, lông, tóc…) - Bụi kim loại (sắt, đồng, chì, kẽm, niken…) - Bụi hỗn hợp (do mài, đúc…).9)  Phân loại theo tính xâm nhập δ <0,1 µ m bụi ở lại trong phế nang. δ =0,1 ÷ 5 µ m : Bụi ở lại trong phổi từ 80% ÷ 90%. δ =5 ÷ 10 µ m: Bụi vào phổi nhưng được 5 µ m bị phổi đào thải ra. δ >10 µ m: Bụi thường đọng lại ở mũi.

[6]  Theo kích thước hạt bụi - Bụi thô, cát bụi (grit): Gồm các hạt bụi chất rắn có kích thước hạt δ >75 µ m. - Bụi (dust): Hạt chất rắn có kích thước nhỏ hơn bụi thô (5 ÷ 7 µ m) được hình thành tử các quá trình cơ khí như: nghiền, tán, đập … - 8- - Khói ( smoke ): Gồm các hạt vật chất có thể là rắn hoặc lỏng được tạo ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu hoặc quá trình ngưng tụ có kích thước hạt δ =1 ÷ 5 µ m. hạt bụi cỡ này có tính khuyết tán rất ổn định trong khí quyển. - Khói mịn ( fume ): Gồm những hạt chất rắn mịn, kích thước hat δ =1 µ m.

- Sương (mist): Hạt chất lỏng kính thước δ <10 µ m. Loại hạt cỡ này ở một nồng độ đủ để làm giảm tầm nhìn thì được gọi là sương giá (fog). [6]  Có sự khác biệt đáng kể về tính chất cơ lý hóa của các hạt có kích thước nhỏ nhất và lớn nhất. Các hạt có kích thước nhỏ thì tuân theo một cách chặt chẽ sự chuyển động của môi trường khí xung quanh, trong khi đó các hạt lớn như bụi thô chẳng hạn thì rơi có gia tốc dưới tác dụng của lực trọng trường và nhờ thế chúng dễ dàng bị loại bỏ ra khỏi khí ( dễ lọc sạch).

Tuy vậy, những hạt bụi có kích thước lớn cũng có khả năng bị cuốn đi rất xa khi điều kiện thời tiết thuận lợi.11]  Theo tác hại: Có thể phân ra: - Bụi nhiễm độc chung (chì, thủy ngân, benzen). - Bụi gây dị ứng viêm mũi, hen, nổi ban… (bụi bông, gai, phân hóa học, một số tinh dầu gỗ…). - Bụi gây ung thư (bụi quặng, crom, các chất phóng xạ…). Tính chất vật lý và hóa học của bụi Hiệu quả làm việc của hệ thống lọc bụi phụ thuộc đáng kể vào các tính chất lý– hóa của bụi và các thông số của dòng khí mang bụi.

Mật độ Mật độ đổ đống (khác với mật độ thực) có tính đến các khe chứa không khí giữa các hạt. Mật độ đổ đống dùng để xác định thể tích bụi chiếm chỗ trong bunke chứa bụi. Khi tăng các hạt cùng kích thước mật độ đổ đông giảm do thể tích tương đối của các lớp không khí tăng. Khi nén chặt, mật độ đổ đống tăng 1,2 ÷ 1,5 lần (so với khí mới đổ đống).

Mật độ không thực là tỷ số khối lượng các hạt và thể tích mà hạt chiếm chỗ, bao gồm các lỗ nhỏ, các khe hổng và không đều. Các hạt nguyên khối, phẳng và các - 9- hạt ban đầu có mật độ không thực trong thực tế trùng với mật độ thực. Những hạt như thế dễ lọc trong thiết bị lọc quán tính hơn so với thiết bị lọc lỗ rỗng do khối lượng bằng khối lượng thực nên chúng ít bị tác dụng lôi kéo của không khí sạch thoát ra từ thiết bị lọc. Trái lại các hạt có mật độ không thực thấp dễ lọc trong các thiết bị lọc như ống vải, bằng vật liệu xốp vì chúng dễ bị nước hoặc vải lọc giữ lại.

Mật độ không thực thường có trị số nhỏ hơn so với mật độ thực thường thấy ở bụi có xu hướng đông tụ hay thiêu kết, ví dụ: mồ hóng, oxit của các kim loại màu. Tính tán xạ Kích thước hạt là thông số cơ bản của bụi, vì chọn thiết bị lọc chủ yếu dựa vào thành phần tán xạ của bụi. Trong quá trình đông tụ, các hạt ban đầu liên kết với nhau trong thiết bị đông tụ nên chúng to dần. Do đó trong kỹ thuật lọc bụi kích thước Stoc có ý nghĩa quan trọng.

Đó là đường kính của hạt hình cầu có vận tốc lắng chìm như hạt nhưng không phải hình cầu, hoặc chất keo tụ. Thành phần tán xạ là hàm lượng tính bằng số lượng hay khối lượng các hạt thuộc nhóm kích thướng khác nhau. Kích thước hạt có thể được đặc trưng bằng vận tốc treo (vt, m/s) – là vận tốc rơi tự do của hạt trong không khí không chuyển động. Tính bám dính Tính bám dính của hạt xác định xu hướng kết dính của chúng.