CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỨC ĂN GIA SÚC

1.1.1. Khái niệm

- Thức ăn gia súc được chế biến từ những sản phẩm thực vật, động vật, khoáng vật mà gia

súc có thể ăn được nhằm cung cấp chất dinh dưỡng cho chúng. Những chất dinh dưỡng

chứa trong thức ăn phải ở trạng thái mà gia súc có thể hấp thụ và lợi dụng được để phù

hợp với đặc tính sinh lý và cấu tạo bộ máy tiêu hóa của chúng.

- Thức ăn gia súc được chia làm 2 loại:

Thức ăn hỗn hợp.

Thức ăn đậm đặc.

1.1.2. Đặc tính và tầm quan trọng của thức ăn gia súc

- Việt Nam với số dân khoảng 89 triệu người, trong đó 30% sống ở thành thị, 70% sống ở

nông thôn và phần lớn gắn liền với chăn nuôi.

Chăn nuôi hộ gia đình chiếm 70%.

Chăn nuôi theo hình thức trang trại chiếm 30%.

- Cùng với sự phát triển của nền nông nghiệp hàng hóa, người chăn nuôi hiện nay càng

thấy rõ tầm quan trọng của giống, thức ăn có chất lượng cao, ý thức được vấn đề vệ sinh

phòng dịch trong chăn nuôi, hình thành vùng chăn nuôi tập trung, mang tính hàng hóa.

Với tiềm năng về thức ăn lớn nhưng hiện nay việc sử dụng thức ăn công nghiệp chỉ

chiếm khoảng 38 – 42 % và ước đạt 6 – 7 triệu tấn/năm.

- Do nhu cầu về thực phẩm nói chung tăng nhanh (năm 2010: thịt lợn 33,6 kg/người/ năm),

chất lượng thực phẩm ngày càng được coi trọng như thịt ngon, nạc nhiều, thịt sạch,

không tồn dư kháng sinh, kim loại nặng hoặc hoocmôn sinh trưởng… Muốn cung cấp

đầy đủ thịt cho bữa ăn của nhân dân thì phải đẩy mạnh chăn nuôi, đưa chăn nuôi lên

thành ngành sản xuất chính và độc lập theo phương thức sản xuất lớn. Song song với việc

đẩy mạnh chăn nuôi phải chú trọng phát triển công nghiệp sản xuất thức ăn gia súc. Do

đó, muốn có được những biện pháp kỹ thuật tốt nhất để khai thác và chế biến thức ăn gia

súc, tạo nên những khẩu phần thức ăn cân đối thì chũng ta phải xác định tương quan giữa

các yếu tố dinh dưỡng quan trọng trong thức ăn với diều kiện sinh lý của từng loại gia

súc.

1.1.3. Phân loại thức ăn

Thức ăn chăn nuôi được chia làm 8 loại:

- Thức ăn thô xanh bao gồm:

Sản phẩm trông trọt: rơm lúa, cây ngô, dây lạc…

Mía và các sản phẩm của mía: bả mía, rỉ đường…

Cây cỏ: cây keo đậu, cỏ voi, bột lá sắn…

Rau, bèo.

- Thức ăn tinh bột – giàu năng lượng bao gồm sắn củ, ngô, khoai lang củ, cám gạo, mỡ

động vật…

- Thức ăn bổ sung protein nguồn gốc thực vật bao gồm đậu tương, dầu lạc khô, dầu vừng

khô, dầu dừa khô,…

- Thức ăn bổ sung protein nguồn gốc động vật bao gồm bột cá, bột tôm, bột thịt xương, bột

máu…

- Thức ăn bổ sung protein công nghiệp bao gồm axit amin công nghiệp và ure.

- Thức ăn bổ sung khoáng bao gồm:

Nguồn bổ sung Photpho.

Nguồn bổ sung Canxi.

Nguồn bổ sung Natri và Clo.

Nguồn bổ sung nguyên tố vi lượng.

- Thức ăn bổ sung vitamin gồm các premix vitamin.

- Các chất phụ gia gồm các chất khoáng khuẩn, chất chống oxy hóa, hương liệu, sắc tố,

enzym tiêu hóa…

Thức ăn hỗn hợp gồm 3 loại:

- Thức ăn tinh hỗn hợp: là hỗn hợp gồm thức ăn tinh và khoáng bổ sung. Trong thành phần

thức ăn tinh loại này có thể trộn thêm chế phẩm vitamin, nguyên tố vi lượng, chất kháng

sinh và chất khác.

- Thức ăn hỗn hợp hoàn chỉnh: là thức ăn hỗn hợp thức ăn tinh, thức ăn thô cùng với muối

khoáng hoặc các chất khác có tác dụng nâng cao năng suất gia súc. Thức ăn hỗn hợp

hoàn chỉnh cung cấp đầy đủ dinh dưỡng mà gia súc cần thiết và các chất xelulo cần thiết

cho bộ máy tiêu hóa hoạt động bình thường.

- Thức ăn bổ sung protit, khoáng, vitamin: là hỗn hợp các loại thức ăn tinh giàu protein,

các loại vitamin, muối khoáng, nguyên tố vi lượng, chất kháng sinh…

1.2. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT THỨC ĂN GIA SÚC

1.2.1. Một số quy trình kỹ thuật chế biến thức ăn

- Với các loại củ quả phải được rửa sạch đất bụi, thái lát phơi sấy, nghiền nhỏ và phối trộn.

- Các loại thức ăn thô như rau, cỏ rơm, các loại đậu, lá cây được băm nghiền nhỏ phối trộn

làm thức ăn hỗn hợp. Ngoài ra, có thể chế biến bằng phương pháp ngâm vôi, kiềm hóa

bằng xút… để làm tăng khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng.

- Thức ăn dạng hạt thường được phân loại, tách các tạp chất phi dinh dưỡng, làm thô,

nghiền nhỏ, phối trộn, một số hạt cần được xay xát, nghiền nấu và phối trộn.

1.2.2. Quy trình công nghệ sản xuất thức ăn hỗn hợp

Đặc điểm công nghệ

- Dây chuyền công nghệ lựa chọn xếp theo chiều đứng nhằm lợi dụng tính tự chảy của

nguyên liệu.

- Dây chuyền công nghệ là tổ hợp của nhiều dây chuyền khác nhau, bao gồm:

Dây chuyền tiếp nhận và xử lý nguyên liệu thô.

Dây chuyền tiếp nhận và xử lý nguyên liệu mịn.

Dây chuyền định lượng và phối trộn.

Dây chuyền tạo viên và xử lý viên.

Dây chuyền cân và đóng bao thành phẩm.

Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ

- Dây chuyền tiếp nhận và xử lý nguyên liệu:

Tách kim loại và làm sạch tạp chất

Mục đích: Tách kim loại nhằm loại bỏ các mẫu kim loại lẫn trong nguyên liệu.

Sàng tạp chất nhằm tách các tạp chất như: rơm rạ, sạn, các tạp chất có hình dạng

sợi… để thu được nguyên liệu có cùng tính chất, tạo điều kiện thuận lợi cho quá

trình tiếp theo.

Thiết bị: Dùng máy tách từ, máy sàng có lắp quạt gió.

Nghiền nguyên liệu:

Mục đích: Đối với nguyên liệu thô, kích thước lớn nên cần phá vỡ nguyên liệu,

làm cho nguyên liệu đạt kích thước theo yêu cầu, tăng khả năng trộn đều giữa các

cấu tử, làm cho chất dinh dưỡng phân bố đồng đều nhằm tăng hệ số tiêu háo cho

thức ăn. Nguyên liệu được nghiền mịn sẽ thuận lợi cho quá trình ép viên, làm cho

viên thức ăn có bề mặt nhẵn bóng, các cấu tử thành phần dễ liên kết với nhau.

Thiết bị: Dùng máy nghiền búa, máy nghiền kẹp hàm, máy nghiền nón, máy

nghiền bi, máy nghiền kiểu khí nén…

Quá trình nghiền đóng vai trò quan trọng trong công đoạn sản xuất vì nó ảnh

hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm và khả năng hấp thụ sản phẩm của vật nuôi.

- Dây chuyền định lượng và phối trộn:

Định lượng: Nhằm mục đích xác định mức độ, liều lượng các thành phần thức ăn, cho

từng loại hỗn hợp thức ăn theo tỷ lệ quy định đối với từng loại vật nuôi. Đặc biệt đối

với những thành phần thức ăn bổ sung chiếm tỷ lệ nhỏ (nhất là những nguyên tố vi

lượng) đòi hỏi độ chính xác cao, độ định mức phải thấp nếu quá mức quy định có thể

tác hại đến cơ thể vật nuôi.

Phối trộn: Nhằm khuấy trộn các thành phần thức ăn đã được định mức thành một hỗn

hợp đồng đều, đảm bảo cho vật nuôi ăn đủ tỷ lệ các thành phần đó trong hỗn hợp.

Thức ăn tổng hợp được trộn đều, bổ sung chất lượng, mùi vị cho nhau giữa các thành

phần tạo điều kiện cho súc vật ăn nhiều và đủ, tăng hệ số tiêu hóa nhờ đó tăng được

sản lượng chăn nuôi, giảm mức tiêu thụ thức ăn cho mỗi kg thịt tăng trọng.

Thiết bị: Dùng máy trộn nằm ngang, máy trộn đứng… có bộ phận trộn quay, thùng

chứa cố định; máy trộn làm việc gián đoạn, trộn theo mẻ.

- Dây chuyền tạo viên và xử lý viên:

Mục đích: Là làm chặt các hỗn hợp tăng khối lượng riêng và khối lượng thể tích, làm

giảm khả năng hút ẩm và oxy hóa trong không khí, giữ chất lượng dinh dưỡng. Nhờ

đó hỗn hợp thức ăn bảo quản được lâu, vận chuyển dễ dàng hơn, giảm được chi phí

vận chuyển và bảo quản.

Sử dụng thiết bị là máy ép viên: Nguyên liệu sau khi đảo trộn sẽ gia ẩm bằng hơi

nóng để tạo một độ ẩm thích hợp, sau đó nguyên liệu được đưa vào bộ phận tạo hạt,

hạt ra khỏi khoang ép có độ ẩm khảng 17 – 18% và nhiệt độ khoảng 60 – 80oC. Sau

đó, hạt được đưa đi làm nguội ở thiết bị làm nguội, hạt sau khi ra khỏi thiết bị làm

nguội có nhiệt độ bằng hoặc kém hơn nhiệt độ không khí khoảng 20oC và độ ẩm

không quá 14%, tiếp theo hạt được đưa qua máy bẻ viên để cắt thành những viên có

kích thước theo yêu cầu, thường thì có đường kính 3, 5, 8, 10, 12, 17, 19 mm.

Sản phẩm sau khi bẻ viên xong được đưa qua sàng phân loại, các hạt có kích thước

đạt yêu cầu sẽ được đi đóng bao; còn các bột mịn, hạt bể vụn được đưa về máy ép

viên lại nhằm giảm hao hụt cho quá trình sản xuất.

- Dây chuyền cân và đóng bao sản phẩm: Sản phẩm được đóng bao 25 kg/bao nhờ cân và

đóng bao tự động.

1.2.3. Nguồn ô nhiễm từ quá trình chế biến thức ăn gia súc

Bụi:

- Bụi phát sinh chủ yếu ở các công đoạn nghiền, vận chuyển, vô bao, đóng gói… Thành

phần bụi là thức ăn dạng bột, theo một số tài liệu cho thấy một mẫu bụi thu từ quá trình

vận chuyển thức ăn khô dạng bột bằng khí nén có db = 5 µm chiếm 0.6% khối lượng, db <

10 µm chiếm 1.4% khối lượng và db > 10 µm chiếm hầu hết thành phần bụi; tuy nhiên,

nồng độ bụi thải ra môi trường còn tùy thuộc vào hiện trạng công nghệ được trang bị.

- Bụi vào phổi gây kích thích cơ học và phát sinh phản ứng xơ hóa phổi gây nên những

bệnh hô hấp: viêm phổi, khí thủng phổi, ung thư phổi… Đối với thực vật, bụi lắng trên lá

làm giảm khả năng quang hợp của cây, làm giảm sức sống và cản trở khả năng thụ phấn

của cây.

Mùi:

- Mùi của nguyên liệu: Mùi phát sinh từ nguyên liệu chưa chế biến nhưng lưu trữ không

tốt. Quá trình phát sinh mùi diễn ra rất nhanh do các enzym và các vi khuẩn nếu bảo quản

và lưu trữ không tốt rất dễ bị phân hủy sinh ra NH3, H2S,… gây nên mùi hôi. Ở nhiệt độ

6oC sẽ hình thành amin kép bay hơi cũng gây nên mùi hôi, độ hư hỏng của nguyên liệu

phụ thuộc vào điều kiện lưu trữ, thời gian lưu và nhiệt độ lưu.

- Mùi phát sinh trong quá trình chế biến:

Trong quá trình chế biến sẽ có mùi phát sinh ở hầu hết các công đoạn, tuy nhiên

nguồn phát sinh mùi lớn nhất là từ hệ thống hấp, sấy khô. Ở các hệ thống này có sử

dụng một lượng khí lớn để tách ẩm trong nguyên liệu. Dòng khí ra khỏi máy sấy có

nhiệt độ khoảng 95oC sẽ mang theo hơi nước và những chất gây mùi đặc trưng. Bằng

phương pháp sắc ký khí và quang phổ hấp thu, người ta đã phát hiện ra trong dòng

khí thải từ các máy sấy gồm: H2S, NH3, N(CH3)3, CS2,... Tuy nhiên, mùi này phụ

thuộc rất lớn vào độ tươi của nguyên liệu đưa vào sấy.

Một số tài liệu cho thấy nồng độ khí trong dây chuyền chế biến có thể rất cao, ví dụ

như H2S: 2,000 ppm, NH3: 1,000 ppm và các thông số về ngưỡng giới hạn H2S, NH3

lần lượt là 50 ppm, 10 ppm; ngưỡng nhận biết là H2S: 0.00021 ppm, NH3: 21.4 ppm.

Do đó, mùi khí thải là điều không thể tránh khỏi mặc dù có hệ thống xử lý mùi.

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN

2.1. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI

2.1.1. Phương pháp xử lý bụi khô

Buồng lắng bụi:

- Cấu tạo: là một không gian hình hộp, có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết

diện đường ống dẫn để hạt bụi có đủ thời gian rơi chạm xuống đáy dưới tác dụng của

trọng lực và bị giữ lại ở đó.

- Nguyên lý làm việc: Hạt bụi đi qua không gian rộng lớn và bị lắng đọng dưới tác dụng

của trọng lực.

- Áp dụng để lắng bụi có kích thước ≥ 70−75 μm.

Hình 2.1. Buồng lắng bụi

- Ưu điểm:

Cấu tạo đơn giản.

Không gây trở lực lớn.

Xử lý được khí thải có nhiệt độ cao.

- Nhược điểm:

Hiệu xuất xử lý thấp.

Chỉ xử lý được bụi có đường kính δ > 10 μm.

Khó vệ sinh.

Thiết bị lắng quán tính

- Nguyên lý: thay đổi hướng chuyển động dòng khí nột cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng

nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau.

- Dòng khí đổi, do bụi có quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu và va dập vào

các vật cản → hạt bụi mất động năng và rơi xuống.

Hình 2.2. Thiết bị lắng quán tính

a - có vách ngăn, b - với chỗ quay khí nhẵn

c - có chóp mở rộng, d - nhập khí ngang hông

Hình 2.3. Thiết bị lá xách

1 - thân, 2 - mạng lưới

Cyclone

- Nguyên lý làm việc: dựa trên tác dụng của lực ly tâm. Trong vòng chuyển động xoáy ốc,

các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm → va chạm vào thân ống → mất động năng→ rơi

xuống dáy phễu.

- Thân của cyclone thường là hình trụ có đáy là chóp cụt.

- Ống khí vào được bố trí theo phương tiếp tuyến với cyclone.

Hình 2.4. Cyclone

- Ưu điểm:

Không có phần chuyển động.

Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 500℃).

Thu hồi bụi ở dạng khô.

Trở lực hầu như không đổi và không lớn lắm (250 – 1,500 N/m2).

Làm việc tốt ở áp suất cao.

Chế tạo đơn giản giá rẻ.

Hiệu quả không phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ.

- Nhược điểm:

Hiệu quả kém khi bụi có kích thước δ < 5 μm.

Không thể thu hồi bụi kết dính.

Thiết bị lọc bụi túi vải

- Nguyên lý làm việc: Quá trình giữ bụi trên lưới lọc diễn ra như sau: khi dòng khí mang

bụi đi qua lưới lọc, các hạt bụi tiếp cận với các sợi vật liệu lọc và tại đó xảy ra tác động

tương hỗ giữa hạt bụi và vật liệu lọc là va đập quán tính và thu bắt tiếp xúc.

Hình 2.5. Thiết bị lọc túi vải

2.1.2. Phương pháp xử lý bụi ướt

- Nguyên lý:

Dòng khí bụi đi vào trong thiết bị và được rửa bằng chất lỏng. Các hạt bụi được tách

ra khỏi dòng khí nhờ vào sự va chạm với các giọt nước.

Chất lỏng tưới ướt bề mặt làm việc của thiết bị, còn dòng khí tiếp xúc với bề mặt này,

Các hạt bụi bị hút bởi màng này và tách ra khỏi dòng khí.

Dòng khí bụi được sục vào nước và bị chia ra thành các bọt khí. Các hạt bụi bị dính

ướt và loại ra khỏi khí.

- Ưu điểm:

Hiệu quả xử lý cao hơn.

Có thể thu hồi bụi có kích thước δ < 0,1 μm.

Có thể sử dụng ở nhiệt độ và độ ẩm cao.

Ít nguy cơ cháy nổ.

Cũng với bụi có thể xử lý hơi và khí.

- Nhược điểm:

Phải xử lý nước thải thu hồi cặn.

Bảo vệ chống ăn mòn thiết bị và đường ống bằng vật liệu chống ăn mòn khi khí có

tính ăn mòn.

Hình 2.6. Thiết bị rửa khí đệm ngang

1 – thân, 2 - vòi phun, 3 - bộ phận tưới nước, 4 - lưới đỡ, 5 - đệm, 6 - bể chứa cặn

Hình 2.7. Tháp trần có vòi phun

2.1.3. Phương pháp lọc điện

- Nguyên lý: các phân tử khí được ion hoá rồi truyền điện tích âm cho các hạt bụi khi va

đập. Hạt bụi bị hút về cực dương, đọng lại trên bề mặt trong của ống hình trụ, mất điện

tích và rơi xuống phểu chứa bụi

- Hiệu quả lọc phụ thuộc kích thước hạt bụi, cường độ điện trường, thời gian hạt bụi,

cường độ điện trường, thời gian hạt bụi nằm trong vùng tác dụng của điện trường.

Khí sạchKhí bụi

Hình 2.8. Nguyên lý của lọc điện

Hình 2.9. Thiết bị lọc điện khô

2.1.4. So sánh các thiết bị lọc bụi

Bảng 2.1. So sánh thông số các thiết bị lọc bụi

Thiết bị

Kích cỡ

hạt bụi

bé nhất, 𝛍m

Giới hạn

nhiệt độ

làm việc, oC

Ưu điểm Nhược điểm

Cyclone

hoặc

buồng

lắng

Dưới giới

hạn cháy

nổ của

bụi.

Vốn thấp, ít phải

bảo trì.

Sụt áp nhỏ (5 -15

mm H2O).

Thu bụi khô

Ít chiếm diện tích

Hiệu suất thấp với bụi nhỏ hơn 10

µm.

Không thu được bụi và có tính kết

dính.

Lọc ướt 0.1 - 1

Kết hợp

làm nguội

khí thải.

Không sinh

nguồn bụi thứ

cấp.

Ít chiếm diện tích.

Có khả năng giũ

cả khí và bụi.

Vốn thấp.

Sinh ra nước thải.

Chi phí bảo trì cao do nước rò rỉ, ăn

mòn thiết bị.

Lọc tĩnh

điện0.25 - 1 < 450 oC

Hiệu suất lọc cao,

tiết kiệm năng

lượng.

Thu bụi thô.

Sụt áp nhỏ.

Ít phải bảo trì.

Xử lý lưu lượng

lớn.

Vốn lớn.

Nhạy với thay đổi dòng khí.

Khó thu bụi có điện trở khá lớn.

Chiếm diện tích lớn, dễ gây cháy nổ

nếu khí chứa chất khí và bụi cháy

được.

Lọc bụi

tay áo

0.1 – 0.5 < 250 oC Hiệu suất rất cao. Cần vật liệu riêng ở nhiệt độ cao.

Có thể tuần hoàn

khí.

Bụi thu được ở

dạng khô.

Chi phí vận hành

thấp, có thể thu

bụi dễ cháy.

Dễ vận hành.

Cần công đoạn rũ bụi phức tạp.

Chí phi vận hành cao do vải dễ hỏng.

Tuổi thọ giảm trong môi trường axit,

kiềm.

Thay thế túi vải phức tạp.

2.2. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.2.1. Yêu cầu thiết kế

- Thiết kế hệ thống xử lý bụi và khí NH3 từ quá trình trôn thức ăn gia súc.

- Thông số đầu vào:

Lưu lượng khí: 8,000 m3/h = 2.22 m3/s.

Nồng độ bụi: 10 g/m3.

Nhiệt độ khí thải vào: t1 = 70oC.

Áp suất: 1 atm.

2.2.2. Qui trình công nghệ

Hình. Sơ đồ công nghệ

Ống khói

Quạt hút 2

Túi vải

Nguồn thải

Thuyết minh qui trình công nghệ:

- Bụi được thu gom ngay tại vị trí phát sinh thông qua các chụp hút bố trí trên các máy

công cụ. Các chụp hút được nối với hệ thống ống dẫn, dưới tác dụng của lực hút ly tâm,

bụi theo hệ thống ống dẫn vào thiết bị túi vải.

- Không khí lẫn bụi đi qua tấm vải lọc, ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe giữa các sợi vải sẽ

giữ lại trên bề mặt theo nguyên lý rây, các hạt nhỏ hơn bám dính trên bề mặt sợi vải lọc

do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện, dần dần lớp bụi thu được dày lên tạo thành

lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ được tất cả các hạt bụi có kích thước rất nhỏ. Hiệu

quả lọc tới 99.8% và lọc được tất cả các hạt nhỏ nhờ lớp trợ lọc.

- Sau một thời gian lớp bụi sẽ rất dày làm sức cản của màng quá lớn, ta phải ngưng cho khí

thải đi qua và tiến hành loai bỏ lớp bụi đó. Thao tác này gọi là giũ bụi, và dùng khí nén

để để giũ bụi.

- Khí sau khi đi qua thiết bị lọc túi vải sẽ được quạt hút hút ra ngoài và thải ra ống khói.

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

3.1. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI – TÚI VẢI

- Lưu lượng khí vào túi vải: Qv = 8,000 m3/h.

- Nồng độ bụi: Cv = 10g/m3.

- Nhiệt độ khí vào: tv = 70oC.

- Nhiệt độ khí ra: tr = 55oC

- Khối lượng riêng của hạt bụi: ρb = 1200 kg/m3.

- Khối lượng riêng của không khí khô ở 70oC:

ρkk=1.293× p

(1+0.00367 × t)× 760= 1.293 ×760

(1+0.00367 ×70)×760=1.029 kg /m3

(Công thức trang 14, Sách Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 1)

Trong đó:

p – áp suất, mmHg.

t - nhiệt độ không khí, oC.

- Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi:

ρhh=C v

ρhh

× ρb+(1−C v

ρhh)× ρkk=

0.01ρhh

×1200+(1−0.01ρhh

)×1.029

ρhh=4 kg /m3

Trong đó: ρb – khối lượng riêng của bụi; ρb = 1200 kg/m3.

ρkk – khối lượng riêng của khôngkhí; ρkk = 1.029 kg/m3.

Cv – nồng độ bụi đầu vào; Cv = 10 g/m3

= 0.01 kg/m3.

- Nồng độ bụi cho phép đầu ra theo cột A QCVN 19:2009/BTNMT là C = 200 mg/m3.

- Do Q = 8,000 m3/h < 20,000 m3/h Kp = 1.

- Chọn khu vực loại 3: Kv = 1.

Nồng độ đạt chuẩn đầu ra: Cr = Cmax = C × Kp × Kv = 400 × 1 × 1 = 200 mg/m3.

- Nồng độ bụi cho phép đầu ra được quy đổi sang 55oC:

C r=200 ×25+27355+273

=181.71mg /m3

- Hiệu suất làm việc của thiết bị:

η=C v−C r

C v

=10,000−181.7110,000

=98.18 %

3.1.1. Kích thước túi vải

- Chọn vải lọc: Chọn vải tổng hợp vì bền nhiệt và hóa, giá rẻ hơn vải bông và vải len. Trong

môi trường axit, nó có độ bền cao, còn trong môi trường kiềm độ bền giảm. Ví dụ như vải

Nitơ được ứng dụng trong công nghiệp hóa chất và luyện kim màu khi nhiệt độ khí lên

đến 120 ÷ 130oC. Bên cạnh đó do nhiệt độ dòng khí thải là không quá cao.

- Diện tích bề mặt lọc (tính cho tất cả các ống tay áo):

Sbề mặt=Q

v × η= 8,000

150 × 0.9818=54.32 m2

(Công thức trang 547, Sách Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 1)

Trong đó:

Q – lưu lượng khí đầu vào; Q = 8000 m3/h

v – cường độ lọc; thường lấy v trong khoảng từ 120 – 160 m3/m2.h , tùy theo loại vải lọc,

nhiệt độ... Ta chọn v = 150 m3/m2h.

η – hiệu suất vải lọc; η = 98.18%

- Diện tích 1 ống tay áo:

Sống=π × D ×h=π ×0.25 ×3=2.36 m2

(Công thức trang 547, Sách Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 1)

Trong đó:

D - đường kính ống tay áo, thường lấy D trong khoảng 125 ÷ 300 mm. Ta chọn D = 250

mm.

h - chiều cao ống tay áo, h thường lấy trong khoảng 2 ÷ 3.5 m. Ta chọn h = 3 m

- Số ống tay áo cần thiết

n=Sbềmặt

Sống

=54.322.36

=23.02 ống

- Chọn 24 ống tay áo;

- Ta bố trí thành 5 hàng, mỗi hàng 6 ống (thêm 1 hàng để tiện cho việc giũ bụi).

- Khoảng cách giữa các ống là 120 mm;

- Khoảng cách từ ống đến thành thiết bị là 120 mm.

- Kích thước thiết bị

Chiều dài: L = 0.12 × 7 + 0.25 × 6 = 2.34 m

Chiều rộng: B = 0.12 × 6 + 0.25 × 5 = 1.97 m

- Chiều cao khung lọc:

H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + h6 = 1.8 + 0.8 + 3 + 0.8 + 1 = 7.4 m

Trong đó: h1 - chiều cao thùng lấy bụi + chân thiết bị, chọn h1 = 1.8 m;

h2 - chiều cao phía dưới ống tay áo, chọn h2 = 0.8 m;

h3 - chiều cao 1 ống tay áo, h3 = 3 m;

h4 - chiều cao phía trên ống tay áo, chọn h4 = 0.8 m;

h5 - chiều cao hành lang bảo vệ, chọn h5 = 1m.

- Vậy kích thước thiết bị: L x W x H = 2.34 × 1.97 × 7.4 m.

3.1.2. Tính toán tải lượng bụi thu được:

- Tải lượng của hệ khí và bụi vào ống tay áo:

Gv = ρhh × Qv = 1.031 × 8,000 = 8,248 kg/h

- Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào thiết bị lọc tay áo (% theo khối lượng)

yv=C v

ρhh

=0.014

=0.0025

- Nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi thiết bị : (% khối lượng):

yr= yv × (1−η )=0.0025 × (1−98.18 % )=0.0000455

- Tải lượng của hệ khí ra khỏi thiết bị:

Gr=Gv ×1− yv

1− yr

=8,248 ×1−0.0025

1−0.0000455=8,227.75 kg/h

- Lưu lượng của hệ khí ra khỏi thiết bị:

Qr=Gr

ρhh

=8,227.754

=2057 m3/h

- Tải lượng bụi thu được :

Gb=Gv−Gr=8,248−2057=6191 kg /h

- Khối lượng bụi thu được trong một ngày: (8 tiếng/ngày)

G=G b× 24=6191× 24/3=50 tấn/ngày

3.1.3. Tính toán trở lực của thiết bị lọc tay áo

∆ p=A × vn=5×1501.25=2624.73 N /m2

Trong đó: Δp – trở lực của thiết bị lọc.

A – hệ số thực nghiệm đối với từng loại vải, kể đến độ bào mòn, bẩn,

A = 0.25 ÷ 25; ta chọn A = 5.

n – hệ số thực nghiệm; n = 1.25 ÷1.3, chọn n = 1.25.

v – cường độ lọc; thường lấy v trong khoảng từ 120 – 160 m3/m2h tùy theo

loại vải lọc, nhiệt độ... Ta chọn v = 150 m3/m2.h.

(Trang 548, Sách quá trình thiết bị, tập 1)

3.1.4. Giũ bụi

- Chọn thiết bị lọc bụi tay áo có hệ thống phụt khí nén kiểu xung lực để giũ bụi.

- Thời gian giũ bụi rất ngắn, thường chỉ vài giây đối với thiết bị giũ bụi bằng khí nén. Ta

chọn thời gian giũ bụi là 5s.

- Thời gian giữa 2 lần giũ bụi từ 1 – 5 phút (Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải_TS. Trần

Tiến Khôi), ta chọn t = 2 phút.

- Quá trình giũ bụi được điều khiển bởi các valve điện tử được gắn trực tiếp trên mỗi hàng

ống dẫn khí (5 hàng ống dẫn khí, mỗi hàng có 6 ống thổi thẳng vào ống tay áo), áp suất là

5 (atm).

- Thể tích 1 túi lọc:

V 1=π × D2

4×h=π × 0.252

4×2.5=0.15 m3

Trong đó: V1 - Thể tích một túi lọc

D – Đường kính làm việc của túi vải, D = 0.25 m

H - chiều cao 1 ống tay áo, h = 3 m.

- Thể tích một hàng túi lọc:

V = n × V1 = 6 × 0.15 = 0.9 m3.

- Lưu lượng cho mỗi lần rũ bụi:

Q=Vt=0.9

5=0.18 m3/s=648 m3/h

- Nguyên tắc giũ bụi: Sau khi giũ bụi cho hàng thứ nhất xong, sau 2 phút valve khí tại hàng

thứ hai sẽ hoạt động giũ bụi cho hàng túi thứ hai. Quá trình này sẽ lặp đi lặp lại cho tới

hàng túi vải cuối cùng. Khi đó một chu kỳ giũ bụi mới cho hàng thứ nhất lại bắt đầu.

- Lượng khí nén trong 2 phút : V = Q × t = 0.18 × 2 × 60 = 21.6 m3.

- Chu kỳ giũ bụi cho một hàng tay áo = 6 × 2 × 60 + 6 × 5 = 750 s = 12.5 phút.

3.1.5. Tính toán cơ khí thiết bị túi vải

Tính ứng suất của thiết bị

- Chọn vật liệu:

Thiết bị làm việc ở t = 70oC

Áp suất làm việc Plv = 1 at = 9.81 × 104 N/m2

Chọn vật liệu là thép cacbon thường để chế tạo thiết bị,

(Tra bảng XII.4, trang 309, Sổ tay QTTB tập 2)

Ký hiệu thép CT3.

Giới hạn bền kéo σk = 380 × 106 N/m2.

Giới hạn chảy σc = 240 × 106 N/m2.

Chiều dày tấm thép b = 4 – 20 mm.

Độ dãn tương đối δ = 25%.

(Tra ở bảng XII.7 trang 313, Sổ tay QTTB tập 2)

Hệ số dẫn nhiệt λ = 50 W/m.oC. Khối lượng riêng ρ = 7,850 kg/m3.

Áp suất thử thủy lực Pth = 1.5Plv.

Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối 2

bên. Tra bảng ta được:

Hệ số hiệu chỉnh η = 1. Hệ số an toàn bền kéo ηk = 2.6. Hệ số an toàn bền chảy ηc = 1.5. Hệ số bền mối hàn φh = 0.95.

- Ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn bền

[σ k ]=σk

ηk

× η=380 ×106

2.6×1=146.15 ×106 N /m2

Trong đó: σk - giới hạn bền kéo; σk = 380 × 106 N/m2.

η - hệ số hiệu chỉnh; η = 1.

ηk - hệ số an toàn bền kéo; ηk = 2.6.

- Ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn chảy

[σ c ]=σc

ηc

×η=240× 106

1.5×1=160 ×106 N /m2

Trong đó: σc - giới hạn chảy σc = 240 × 106 N/m2

η - hệ số hiệu chỉnh; η = 1

ηc - hệ số an toàn bền chảy ηc = 1.5

- Vậy dùng [σk] = 146.15×106 N/m2 để tính toán.

Tính bề dày thân tháp

- Áp suất tính toán trong thiết bị: P = Plv = 9.81×104 N/m2

Ta có :[σk ]

P×φh=

146.15 × 106

9.81 ×104 × 0.95=1,415.32>50

- Bề dày tối thiểu thân thiết bị:

S '=Dt × P

2× [ σk ]× φh

+C= 2.42 × 9.81× 104

2×146.15 × 106× 0.95

¿8.55 ×10−4(m)

Trong đó: Dt - đường kính quy đổi; Dt = 2.42 m.

P – áp suất làm việc trong tháp; P = 9.81× 104 N/m2.

[σk] - ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn bền.

φh - hệ số bền mối hàn.

- Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước:

C = C1 + C2 + C3 = 1 + 1 + 0.4 = 2.4 mm

Trong đó: C1 = 1 mm: hệ số bổ sung do bào mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết

bị là 15 năm với tốc độ ăn mòn 0,1 mm/năm.

C2 = 1 mm: hệ số bổ sung do hao mòn.

C3 = 0,4 mm: hệ số bổ sung do dung sai âm (tra bảng XIII.9 – tập 2 sổ tay

thiết bị).

- Chiều dày thực của thân:

S = S’ + C = 8.55 × 10-4 × 103 + 2.4 = 3.255 mm.

Chọn S = 4 mm.

- Kiểm tra lại ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử tính toán: Áp suất thử Pth được tính theo công thức bảng XIII.5 – tập 2 sổ tay thiết bị:

Pth = 1.5 × Plv = 1.5 × 9.81 × 104 = 14.72 × 104 N/m2

Ứng suất theo áp suất tính toán :

σ=[ Dt+( S−C ) ] × pth

2× (S−C ) ×φh

=[2.42+ (4−2.4 )×10−3 ]× 14.72× 104

2× (4−2.4 )× 10−3 ×0.95

¿117.26× 106 N /m2

Xétσk

1.2=380 × 106

1.2=316.67 ×106 N /m2>σ=117.26× 106 N /m2

Vậy chọn S = 4 mm.

Tính đáy và nắp tháp

- Bề dày nắp lấy bằng bề dày thân, S = 4 mm.

- Bề dày đáy lấy bằng bề dày thân, S = 4 mm.

Tính đường ống

- Đường ống trước thiết bị lọc bụi:

Chọn vận tốc dòng khí trong ống là vt = 20 m/s.

Đường kính ống vào:

∅ t=2√ 4×Q

v t × π=2√ 4× 2.22

20×3.14=0.37m

- Đường ống sau thiết bị túi vải:

Chọn vận tốc dòng khí trong ống là vr = 20 m/s.

Đường kính ống vào:

∅ r=2√ 4 ×Q

v t × π= 2√ 4 × 2.20

20 ×3.14=0.37 m

- Chọn đường kính ống vào và ra là: 400 mm

3.2. TÍNH QUẠT – ỐNG KHÓI

3.2.1. Quạt hút khí

Quạt :

- Tổn thất áp: ∆ p=A × vn=5×1501.25=2624.73 N /m2

- Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 0-0 và mặt cắt 1-1 ta được:

- Chọn mặt cắt 0-0 là mặt cắt chuẩn,ta có:

P2 = 0 ; P3 = ΔPu = 2624.73 N/m2 ;

V2 = V3 = 20 m/s ; Z2 =0

∑ hf : tổng tổn áp lực trên đường đi từ mặt cắt 0-0 đến mặt cắt 1-1

Trong đó: h0, h1 là tổn thất dọc đường ống và ở co, van

- Tổn thất dọc đường ống:

Chế độ chảy rối

- Theo sổ tay quá trình thiết bị công nghệ và hóa chất tập 1, trang 378

h2=

l×λ×vl2

2×α×Dl×g

- Chọn ống có l = 10 (m) và ξ=0 . 2 (theo bảng II.15, sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất tập 1, trang 381).

- Do chế độ chảy rối nên α = 1.- Do Regh < Re < Ren (theo bảng II.14, sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất tập 1,

trang 379).

nên

- Trở lực cục bộ đường ống:

Toàn bộ đường ống có 2 co 900 , một van một chiều và lưu lượng kế. Theo sổ tay quá trình thiết bị công nghệ và hóa chất tập 1, trang 382.

ε v :hệ số tổn thất tại van một chiều, ε v=1.3

ε c :hệ số tổn thất tại các co 900,ε c=1 .13

ε k : tổn thất tại lưu lượng kế, ε k=0 .15

ε h : tổn thất ra khỏi ống hút, ε h=1

Cột áp của quạt:

Áp suất : P = ρk×g×H = 1.031×9.81×367 = 3708.48 Pa

Chọn quạt:

Hãng sản xuất : TOMECO

Đường kính cánh: 650 mm

Loại : quạt ly tâm cao áp

Mã sản phẩm CF.8-09

Cỡ số 680-900

Kiểu: Nối trực tiếp, dây đai, nối trục thẳng

Công suất : 7.5-75 kw

Lưu lượng : 600-6000 m3/h

Áp suất : 10.000-21.500 Pa

3.2.2. Ống khói

- Lưu lượng khí ra: Qr = 2.02 (m3/s)- Đường kính ống khói: Chọn vận tốc tốc khí trong ống khói là v = 4 m/s

D=√ Qra

0 .785×v=√ 2 . 02

0 .785×40 . 8 m

- Chọn D = 0.8 m- Chiều cao ống khói:

Ta có ΔT =55−30=25o C Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ khí thải và nhiệt độ khí

quyển Đây là nguồn nóng.

Chiều cao ống khói tối thiểu đảm bảo nồng độ trong khí quyển sát mặt đất bằng giới hạn cho

phép được xác định:

H=√ A×M ×F×m×nCcf −Cnen

×3√ NΔT×L

- Với: A = 200: hệ số phụ thuộc sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao khí quyển, được chọn cho điều kiện khí tượng nguy hiểm, đối với phần lớn các địa phương ở Việt Nam

Ccf = 181 mg/m3: Tiêu chuẩn xả thải NH3

M = Gc = (293.86×28.99)/3600= 514(kg/s) : Tải lượng ô nhiễm

L = 7926 m3/h = 2.202 m3/s : Lưu lượng khí thải

N = 1: số nguồn thải

F = 1: Hệ số vô thứ nguyên tính đến vận tốc lắng chất ô nhiễm trong khí quyển.

Đối với chất ô nhiễm ở thể khí.

n, m: Các hệ số vô thứ nguyên tính đến điều kiện thoát khí thải từ cổ ống khói

Giả sử: m×n = 3

H=√200×514×1×3181

3√ 125×2. 202

=22m