TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LỌC BỤI CYCLONE TẠI VIỆT NAM

GIẢI TRÌNH [1] Effect Of Air Density On Cyclone Performe And System Design _L Wang, M D Buser, C B Parnell, B W Shaw Trang dòng 8-26 ↓, trang 11 dòng 2-9 ↓ [2] Cyclone Separator _Chapter 3_ Assoc Prof Arslan SARAL, Assoc Prof Selami Demir Trang 2_dòng 8↓ -> trang 3_dòng12↓; Trang 6_dòng 22↓-> trang 6_dòng 42↓; Trang 7_dòng 60↓-> trang 8_dòng 9↓; Trang 10_dòng 22↓-> trang 23_dòng 21↓ [3] Theoretical Study Of Cyclone Design_ LingJuan Wang trang 79, dòng 2-15 ↓; trang 84, dòng 4-9 ↓, trang 85 dòng 3-10 ↓ [4] Gaseous Emission- Control Technologies ( Air- Quality Technology) _Nazaroff & Alvarez-Cohen, Section 7.C, Mihelcic & Zimmeman, Section 12.7 Trang -> trang 11; Trang 6_dòng 7-> hết trang [5] The Effect Of Particle Size And Input Velocity On Cylone Separation Process_M Marinuc Trang dòng 3-19 ↓, trang 10 dòng 3-22 ↓ [6] Master Thesis - Spring 2013_ Martin B Midthun Trang dòng 9-20 ↓, trang dòng 9-26 ↓, trang 10 dòng 6-17↓ [7] An Introduction to Air Pollution_Chapter Cyclones_Ph.D Trang dòng 9-20 ↓, trang 10 dõng-15 ↓ [8] Giáo trình kĩ thuật xử lý nhiễm khơng khí _ PGS, TS Đinh Xuân Thắng Trang Trang 20-23, Trang 60-74 [9] On The Theory Of Particle Cut Off Diameter And Collection Efficiency Of Cyclones_ Kung-Yu Kuo And Chuen-Jinn Tsai Trang dòng 9-20↓, trang dòng 19↓ [10] Kỹ thuật mơi trường_ Hồng Kim Cơ, Trang 26-37 Trang MỤC LỤC KẾ HOẠCH THỰC HIỆN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỤI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI 1.1 TỔNG QUAN VỀ BỤI 1.1.1 Khái niệm chung bụi 1.1.2 Tác hại bụi 1.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI CHƯƠNG THIẾT BỊ LỌC BỤI CYCLONE 12 2.1 THIẾT BỊ LỌC BỤI CYCLONE 12 2.2 PHÂN LOẠI CYLONE 17 2.2.1 Cyclone đơn 17 2.2.2 Cyclone tổ hợp 21 2.2.3 Cyclon chùm 23 2.2.4 Cyclone màng nước 26 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỌC BỤI CYCLONE 27 3.1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỌC BỤI CYCLONE TRÊN THẾ GIỚI 27 3.1.1 Mô hình lý thuyết 27 3.1.2 Mơ hình thiết kế cyclone đơn 34 3.1.3 Tính tốn cyclone đơn : 49 3.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỌC BỤI CYCLONE TẠI VIỆT NAM 53 3.2.1 Tính tốn với cyclone đơn 53 3.2.2 Tính tốn với cyclone tổ hợp 57 3.2.3 Tính tốn với cyclon nhóm 58 CHƯƠNG VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CYCLONE 61 4.1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ DỰA TRÊN HIỆU SUẤT [4] 61 4.2 TÍNH TỐN DỰA TRÊN ĐƯỜNG KÍNH 63 5.1 ỨNG DỤNG CỦA CYCLONE 71 5.2 CÁC LOẠI XICLON HIỆN DÙNG 73 5.3 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CYCLONE 75 CHƯƠNG KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Trang KẾ HOẠCH THỰC HIỆN GIỚI THIỆU Khơng khí điều kiện quan trọng tồn phát triển sinh vật trái đất có người Tuy nhiên, vấn đề ô nhiễm khơng khí mức báo động, đặc biệt nhiễm bụi Nguồn phát sinh bụi chủ yếu hoạt động sản xuất cơng nghiệp, Vì nhu cầu cấp thiết tìm giải pháp xử lý bụi phát sinh ra, giải pháp sử dụng cyclone Đó lý mà nhóm thực chun đề “ Tìm hiểu thiết bị cyclone lắng bụi ” MỤC TIÊU Từ việc hiểu biết cấu tạo, nguyên lý hoạt động cyclone, từ áp dụng cách phù hợp cyclone, trường hợp cụ thể tránh lạm dụng cyclone, cho mục đích khơng phù hợp Đồng thời, từ kết thu bụi cyclone,, thường xuyên theo dõi tình trạng làm việc quy trình sản xuất khu vực làm việc để có biện pháp xử lý phù hợp NỘI DUNG THỰC HIỆN  Tìm hiểu thông tin liên quan đến vấn đề Thu thập thông tin từ tạp chí, sách, trang web có liên quan tới nội dung  Tổng hợp rút nội dung nhằm hoàn thiện mục tiêu  Viết báo cáo trình bày dạng văn PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN     Phương pháp điều tra, thu thập, tổng hợp số liệu Phương pháp đánh giá tổng hợp Phương pháp tham khảo tài liệu Phương pháp dịch thuật, trích dẫn tài liệu Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH                                  Hình 10 Hình 12 Hình 14 Hình 15 Hình 16 Hình 17 Hình 17 Hình 18 Hình 18 Hình 10 19 Hình 11 21 Hình 12 22 Hình 13 23 Hình 14 24 Hình 15 25 Hình 16 26 Hình 17 27 Hình 18 28 Hình 19 30 Hình 20 31 Hình 21 34 Hình 22 35 Hình 23 36 Hình 24 38 Hình 25 41 Hình 26 44 Hình 27 45 Hình 28 47 Hình 29 52 Hình 30 58 Hình 31 59 Hình 32 67 Hình 33 73 Trang DANH MỤC BẢNG            Bảng Bảng 10 Bảng 20 Bảng 22 Bảng 30 Bảng 41 Bảng 60 Bảng 63 Bảng 66 Bảng 10 67 Bảng 11 74 Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỤI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI 1.1 TỔNG QUAN VỀ BỤI 1.1.1 Khái niệm chung bụi Bụi phân tử chất rắn thể rời rạc tạo thành trình nghiền, ngưng kết phản ứng khác Dưới tác dụng dịng khí khơng khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng điều kiện định, chúng tạo thành thứ vật chất mà người ta gọi bụi [8] Bụi thu giữ bụi lắng đọng thường đồng nghĩa với khái niệm “Bột”, tức loại vật chất vụn rời rạc [8] Kích thước hạt bụi δ hiểu đường kính, độ dài cạnh hạt lỗ rây kích thước lớn hình chiếu hạt [8] Đường kính tương đương δtd hạt bụi có hình dạng đường kính hình cầu có kích thước thể tích hạt bụi [8] Vận tốc lắng vc hạt bụi vận tốc rơi hạt bụi môi trường tĩnh tác dụng trọng lực Vận tốc lắng phụ thuộc vào kích thước hạt, hình dáng khối lượng đơn vị khối lượng đơn vị độ nhớt mơi trường [8] Đường kính lắng δc hạt bụi đường kính hạt bụi hình cầu mà vận tốc lắng khối lượng đơn vị vận tốc lắng khối lượng đơn vị hạt bụi hạt bụi có hình dáng khác xem xét [8] Trang Đường kính lắng hạt (micromet – μm) xác định theo công thức sau: δc = ∗ ( )∗ (μm) Trong đó:     μ: Độ nhớt động học mơi trường (khí, nước), Pa.s ρb, ρ: Khối lượng đơn vị vật liệu bụi môi trường, g/cm3 H: Chiều cao rơi (lắng) hạt, cm τ : Thời gian rơi, s 1.1.2 Tác hại bụi Bụi sinh không khí gây nhiều tác hại cho người, động vật thực vật, ảnh hưởng đến cảnh quan mơi trường Nhờ có hệ thống liên bào trụ lơng mũi, khí phế quản màng niêm dịch đường hơ hấp, mà ta cản 90% bụi, số cịn lại đọng phổi đường hơ hấp gây số bệnh cho người động vật, cụ thể sau: [8] a) Tác hại người động vật Bụi gây tác hại trực tiếp đến người động vật, trước hết qua đường hơ hấp; chúng gây bệnh cho phổi, phế quản Mặt khác, chúng gây nguy hiểm cho mắt, gây ung thư Có thể ảnh hưởng gián tiếp qua đường ăn uống, sinh hoạt bị nhiễm bụi Tùy theo tính chất kích thước bụi khác mà gây tổn thương tới thể:  Tác động toàn thân : gây nhiễm độc toàn thân, làm giảm khả miễn dịch…  Gây tổn thương da, niêm mạc loét da, xạm da, loét vách ngăn mũi, viêm da, chàm tiếp xúc…  Gây dị ứng : viêm mũi dị ứng, viêm phế quảng dạng hen… Trang  Gây nhiễm khuẩn ( bụi vi sinh vật, nấm mốc…)  Tác hại đến quan hơ hấp; gây viêm phế quản mãn tính, gây bệnh bụi phổi bụi phổi silic, bụi amiăng, bụi phổi bông… b) Tác hại thực vật Hầu hết chất nhiễm khơng khí tác động xấu đến thực vật, gây ảnh hưởng không tốt nhà nông trồng Khi bị tiếp xúc trực tiếp với nồng độ bụi, trồng chậm phát triển, cháy khô cây, cho hiệu suất thấp Ngồi ra, bụi cịn giảm khả quang hợp bề mặt bị che lấp Tuy nhiên, có số loại bụi có tác dụng tốt thực vật : photpho, nito… c) Tác hại vật liệu Một số loại bụi tiếp xúc với thiết bị, đồ vật kim loại khơng khí, gây ăn mịn đồ vật, đặc biệt mơi trường nóng ẩm d) Tác hại đến cảnh quan môi trường Cảnh quan môi trường vấn đề cần quan tâm cơng tác giữ gìn bảo vệ mơi trường Môi trường bị ô nhiễm làm giảm vẻ đẹp tự nhiên, ngày nay, sống người địi hỏi cần có nhiều khu du lịch, khu vui chơi giải trí danh lam thắng cảnh Trang 1.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI Bụi khơng khí đánh giá nồng độ- trọng lượng bụi đơn vị thể tích khơng khí, mg/l mg/m3 Các thơng số vật lý có ý nghĩa quan trọng bụi hình dạng kích thước hạt, trọng lượng độ tích điện, thông số định lựa chọn phương pháp xử lý bụi thiết bị lọc bụi [10] Bảng 1.1 Các phương pháp xử lý bụi Lọc - Thùng lọc gốm - Lọc có vật đệm - Lọc túi ( màng) Dập nước Dập tĩnh tiện Lọc - Dàn mưa điện - Sục khí - Đĩa quay - Lọc tầng kiểu Venturi Khử bụi dựa vào lực ly tâm Khử bụi dựa vào trọng lượng tĩnh - Thiết bị sử dụng lực Buồng lắng bụi quán tính - Thiết bị xử dụng lực ly tâm ( cyclon) - Thiết bị quay Trên sở phân loại phương pháp xử lý, ta chia thiết bị xử lý bụi thành loại sau : Lọc khí Thiết bị màng lọc Thiết bị hấp phụ Thiết bị lọc tĩnh điện Thiết bị lọc ướt Thiết bị buồng đốt Hai loại đầu dùng để xử lý bụi Thiết bị lọc tĩnh điện lọc ướt dùng để xử lý bụi khí độc Hai thiết bị sau dùng để xử lý khí Trang Bảng 1.2 Vùng lọc hiệu xử lý phương pháp STT Kích thước hạt phù hợp Hiệu xử lý µm (%) Thiết bị xử lý Buồng lắng bụi 2000 – 100 40 - 70 Cyclon hình nón 100 – 45 - 85 Cyclon tổ hợp 100 – 65 -95 Lọc có vật đệm 100 – 10 đến 99 Tháp lọc ướt 100 – 0,1 85 - 99 Lọc túi ( màng lọc ) 10 – 85 – 99,5 Lọc tĩnh điện 10 – 0,005 85 - 99 Hình Hiệu suất tách bụi số kiểu thiết bị Trang 10 Bảng 1.2 hình cho thấy thiết bị xử lý bụi lực quán tính cyclon tiện để tách hạt bụi có kích thước tương đối lớn Loại Cyclon tổ hợp có hiệu suất lớn Dùng thiết bị lọc tĩnh điện, thiết bị lọc hình ống tay áo thiết bị lọc bụi loại ướt đạt độ tinh lọc khác cao Thiết bị lọc bụi loại ướt dùng chất khí cần xử lý chịu nhiệt độ thấp ẩm Trong trường hợp thiết bị lọc bụi loại ướt có nhiều ưu điểm so với thiết bị lọc điện chỗ thiết bị đơn giản rẻ tiền Ngồi ra, người ta cịn dùng thiết bị lọc ướt để lọc khí khỏi bụi, khói mù ( tới 90% ) Ứng dụng thiết bị lọc bụi loại ướt nhà máy có nhiều khó khăn q trình tinh lọc có liên quan tới viễ thu gom thải lượng lớn nước có tính axit Thiết bị lọc điện loại thiết bị lọc bụi có hiệu suất cao ; muốn lọc loại khí thơ ta dùng loại thiết bị lọc điện bản, để lọc loại bụi mù khó hấp thụ, để lọc tốt hơn, ta dùng loại thiết bị lọc điện kiểu ống cần lọc thể tích khí lớn dùng thiết bị lọc điện tổ hợp, rẻ Tóm lại, muốn chọn thiết bị để tách bụi lọc khí có hiệu quả, phải xuất phát từ yêu cầu sau :    Thành phần hạt bụi kích thước hạt Trạng thái thành phần khí Độ tinh lọc cần thiết Trang 11 CHƯƠNG THIẾT BỊ LỌC BỤI CYCLONE 2.1 THIẾT BỊ LỌC BỤI CYCLONE Cyclone thiết bị lọc ly tâm kiểu đứng, thiết bị hình thành lực ly tâm để tách bụi khỏi khơng khí Thiết bị cyclon ứng dụng rộng rãi công nghiệp có hiệu cao kích thước hạt bụi > 5µm Cyclone sử dụng ngành cơng nghiệp để loại bỏ hạt rắn từ chất khí chất lỏng mà không sử dụng lọc Báo cáo tập trung vào việc tách khí – rắn, nguyên tắc hoạt động giống Cyclone sử dụng để loại bỏ bụi từ khí vào năm 1880 sử dụng ngày có nhiều ưu điểm [6] Thiết bị cyclone đơn giản, không tốn chi phí để xây dựng, kinh tế để hoạt động sử dụng loạt điều kiện hoạt động nhiệt độ cao, áp suất cao nồng độ bụi cao [6] Hình Mơ hình cyclone Trang 12  Cấu tạo nguyên lý làm việc Trong năm qua, nhiều kiểu dáng cyclone đề xuất sản xuất Để làm khí cơng nghiệp nhiên, cyclone "ngược dịng" phổ biến Nó tạo thành phần thân hình trụ phần phễu hình nón bên cho thấy hình Có nhiều hình dạng đầu vào khác Báo cáo tập trung vào loại đầu vào (a) dạng hình Đối với thiết kế này, hỗn hợp khí - rắn đưa vào tiếp tuyến với cyclone thơng qua đầu vào Thơng thường khí hút vào cyclone quạt đặt thêm phần thiết bị suốt trình Sau nhập, dịng khí chuyển động xoắn ốc theo dạng hình trịn Điều gọi “dịng xoắn ngồi” Đây nơi xảy tách biệt Do vận tốc khí ngày tăng, gây lực ly tâm, hạt bụi khí có kích thước lớn đẩy xuyên tâm hướng tới thành cyclone Điều xảy với tất hạt có kích thước lớn vượt lực ly tâm chuyển động xoắn ốc Khi hạt va chạm với thành bị chậm lại lực ma sát Các hạt tách khỏi dịng khí đẩy xuống phần hình nón thành phần xuống vận tốc khí Tác dụng tỷ trọng Lực ly tâm (trong số lực khác) tác động lên khối lượng hạt, hạt nặng thu thập dễ dàng Các hạt rắn tách rời khỏi cyclone đầu bụi Khi khí đến phần hình nón, dịng khí đổi hướng quay ngược trở lại chuyển động lên hình thành “ dịng xoắn trong” Dịng khí quay quanh ống trụ tâm xyclon ngồi cửa [2] Hình 3, cho thấy số kiểu cấu trúc đầu vào cyclon Hầu hết thiết kế phổ biến có cấu trúc đầu vào theo phương tiếp tuyến (Hình 3a) Trong thiết kế này, dịng khí vào bị tác động thiết kế hình trụ tròn thân cyclon nên bắt đầu chuyển động xoáy Một số thực nghiệm thực để giảm tổn thất áp qua cyclone nâng cao hiệu thu gom bụi bao gồm thiết kế cấu trúc đầu vào dạng xoắn (Hình 3b) Sự tổn thất áp lực bất ổn đầu vào giảm cách sử dụng thiết kế đầu vào ơm trịn (hình 3c), thiết kế cịn cung cấp cải thiện hiệu số q trình cho phát triển dịng xốy bên ngồi Trang 13 Hình Các loại cửa đầu vào cyclone A đầu vào tiếp tuyến, B đầu vào dạng xoắn, C đầu vào dạng ơm trịn (APTI 413, 1999) Bên cạnh thiết kế hình 3, cịn có số cách thiết kê đầu vào khác thiết kế đầu vào dọc trục, lúc khí thải vào từ bề mặt thân cyclon (Hình 4a) Một thiết kế cuối cấu trúc đầu vào đầu vào đặt (ngay phía phần hình nón) Trong thiết kế khí thải vào cyclon thơng qua đầu vào tiếp tuyến, dạng xoắn, ơm trịn cấu trúc đầu vào đặt phía phần thân trụ cyclon khí sâu xử lý khổi hệ thống thông qua ống đặt tiếp tuyến thân trụ (Hình 4b) Trang 14 Hình : Cấu trúc loại đầu vào khác cyclon A Đầu vào dọc trục, B Đầu vào phía Trích từ AWMA (2000) Thân hình trụ phần cyclone, nơi diễn thu gom bụi tách khơng khí Khi dịng khí vào chuyển động quay theo thành tròn thân cyclon, hạt nặng dòng khí bị lệch hướng va vào thành lực ly tâm tác động lên chúng Sau chạm vào thành cyclon, hạt động rơi xuống phần hình nón dưới, hạt bụi thu hồi Nghiên cứu cho thâý chiều cao thân cyclon nên gấp 1-2 lần đường kính thể khơng nên thấp Trang 15 để đảm bảo hiệu tốt (Shepherd Lapple, 1939; Đầu tiên, năm 1950; Stairmand năm 1949; Casal Martinez-Benet, 1983) Các dịng khí chuyển động xoay quanh thân cycloê đạt đến điểm giảm (trong phần hình nón) sau thay đổi hướng lên phía để ngồi qua ống khí Phía phần hình nón phải có phễu - nơi thu gom hạt bụi Phễu phải đủ lớn để tránh tượng tích tụ hạt, làm rối loạn lưu lượng khí giảm hiệu cycloee Elsayed Lacor (2011a) nghiên cứu ảnh hưởng kích thước phễu thu bụi cyclon dựa hiệu suất nó, ơng khẳng định hiệu thu gom bụi cyclone việc giảm áp lực cyclon tăng đường kính phễu giảm Phần cuối cyclone ống khí sạch, thơng qua ống, khơng khí khỏi cyclone ngồi mơi trường Ống phận quan trọng cyclone, chi phối hiệu suất cyclone, hiệu thu gom giảm áp lực Chen Shi (2007) nói hai điều kiện giảm áp lực chủ yếu tồn cyclone tổn thất khu vực tổn thất ma sát, Elsayed Lacor (2010) báo cáo sụt giảm áp suất cao cyclone xảy đường ống khí, việc xác định hiệu suất lốc xốy Hình Sơ đồ ngun lý cấu tạo cyclone Trang 16 2.2 PHÂN LOẠI CYLONE 2.2.1 Cyclone đơn Cyclone đơn thiết bị hoàn chỉnh hoạt động độc lập có nhiều dạng khác dạng hình trụ, dạng hình Việc sử dụng loại tùy thuộc đặc tính bụi yêu cầu xử lý Dạng hình trụ có suất lớn, cịn dạng hình có hiệu suất lớn [10] Hình Mặt cắt đứng mặt cắt ngang cyclone đơn Hình Các kiểu hướng dịng cyclone a) Kiểu dòng tiếp tuyến b) Kiểu dòng đồng trục Trang 17 Hình Cấu tạo Cyclone đơn Hình Các dạng van xả bụi Cyclone đơn Trang 18  Kích thước cyclone đơn [4] Những khảo sát phân tích cyclone xảy từ sớm năm 1930 Thậm chí khó khăn để hiểu rõ nguyên lý bản, đặc tính hỗn loạn xuất dịng xốy việc khái quát hóa Do phức tạp vấn đề này, mơ hình đạt u cầu nói chung chưa phát triển Tuy nhiên, mơ hình phân tích điều chỉnh thích hợp với yêu cầu định, dự đốn đáng tin cậy đạt Hình 10 Kích thước cyclone đơn Trang 19 Bảng Mối liên hệ kích thước hiệu suất cyclone Hiệu suất cao Truyền thống Năng suất cao (1) (2) (3) (4) (5) (6) Đường kính D/D 1 1 1 Chiều cao ống vào H/D 0.5 0.44 0.5 0.5 0.75 0.8 Chiều rộng ống vào W/D 0.2 0.21 0.25 0.25 0.375 0.35 Đường kính ống dẫn khí /D 0.5 0.4 0.5 0.5 0.75 0.75 Chiều cao ống dẫn khí S/D 0.5 0.5 0.625 0.6 0.875 0.85 1.5 1.4 1.75 1.5 1.7 Chiều cao phần phễu / 2.5 2.5 2 2.5 Đường kính ống thu bụi / 0.375 0.4 0.25 0.4 0.375 0.4 Các loại cyclone Chiều cao thân / (Nguồn: cột (1) (5) theo Stairmand,1951, cột (2),(4),(6) theo Swift,1969, cột (3) theo Lapple,1951.) Trang 20 ... ngun lý cấu t? ?o cyclone Trang 16 2.2 PHÂN LOẠI CYLONE 2.2.1 Cyclone đơn Cyclone đơn thiết bị hoàn chỉnh hoạt động độc lập có nhiều dạng khác dạng hình trụ, dạng hình Việc sử dụng loại tùy thuộc... hình thành “ dịng xoắn trong” Dịng khí quay quanh ống trụ tâm xyclon ngồi cửa [2] Hình 3, cho thấy số kiểu cấu trúc đầu v? ?o cyclon Hầu hết thiết kế phổ biến có cấu trúc đầu v? ?o theo phương tiếp tuyến... ngồi Trang 13 Hình Các loại cửa đầu v? ?o cyclone A đầu v? ?o tiếp tuyến, B đầu v? ?o dạng xoắn, C đầu v? ?o dạng ơm trịn (APTI 413, 1999) Bên cạnh thiết kế hình 3, cịn có số cách thiết kê đầu v? ?o khác