Nghiên ứu phương pháp xử lý khí thải ủa ông nghệ luyện xỉ titan

Với đề tài “Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ titan” là cần thiết với nội dung:  Tìm hiểu về công nghệ luyện xỉ titan nói chung và nghiên cứu các phơng pháp

cña c«ng nghÖ luyÖn xØ titan

1.1 Hiện trạng khai thác, chế biến quặng Titan ở Việt Nam 6

1.3 Công nghệ luyện xỉ Titan ở nhà máy luyện xỉ titan Bình Định 8

3 khí thải sinh ra trong quá trình luyện xỉ titan 17

Chơng 2 - TổNG QUAN Về BụI Và CáC PHƯƠNG PHáP Xử Lý

BụI TRONG CÔNG NGHIệP

1.2.1 Phân loại theo kích thớc của bụi 18 1.2.2 Phân loại theo tính kết dính của bụi 19

1.2.4 Phân loại theo độ tác động đến sức khỏe con ngời 19

2 Các phơng pháp xử lý bụi trong công nghiệp 19

2.1.1 Lý thuyết tính toán thiết kế buồng lắng bụi 20 2.1.2 Hiệu quả lắng theo cỡ hạt của buồng lắng 21 2.1.3 Biện pháp nâng cao hiệu suất của buồng lắng 22

2.2.2 Đờng kính giới hạn và hệ số hiệu quả lắng theo cỡ hạt 25

2.2.4 Các dạng tổ hợp khác nhau của xiclon 26 2.2.4.1 Lắp nối tiếp hai xiclon cùng loại 26 2.2.4.2 Lắp song song hai hoặc nhiều xiclon cùng loại 26

2.4 Thiết bị lọc bụi theo phơng pháp ớt 32

2.4.2 Thiết bị lọc bụi có lớp đệm bằng vật liệu xốp theo nguyên lý ớt 34

2.5 Thiết bị lọc bụi theo phơng pháp điện trờng 37 2.5.1 Cơ sở vật lý của quá trình lọc điện 37 2.5.2 Các loại thiết bị lọc điện trong công nghiệp 39

3 So sánh hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt của các thiết bị lọc bụi khác nhau

Phần 2 - PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU

1 Các phơng pháp phân tích sử dụng trong nghiên cứu 43 1.1 Phơng pháp xác định độ phân cấp cỡ hạt của bụi 43 1.1.1 Phân tích cỡ hạt bụi bằng phơng pháp rây 43

1.1.2 Phân tích cỡ hạt bụi bằng phơng pháp lắng chìm 44 1.2 Phơng pháp xác định thành phần hóa học của bụi 48 1.3 Phơng pháp xác định thành phần hóa học của khí 49

2 Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải trong công nghệ luyện xỉ titan 50 2.1 Đặc điểm khí thải trong công nghệ luyện xỉ titan 50 2.2 Phơng pháp thu gom khí thải để xử lý 53 2.3 Phơng pháp xử lý các chất khí độc hại trong khí thải 54

Phần 3 - KếT QUả Và THảO LUậN

2 Phân tích thành phần và hàm lợng các chất trong khí thải 58

3 Thành phần khí thải sau khi qua các công đoạn xử lý 60

- 1

-Mở ĐầU

Trong quá trình thực hiện công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nớc, vấn

đề ô nhiễm môi trờng ngày càng nghiêm trọng do các hoạt động sản xuất công nghiệp, sinh hoạt gây ra, đặc biệt từ các nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp Ô nhiễm môi trờng không những tác động trực tiếp đến sức khỏe con ngời mà còn ảnh hởng đến hệ thống cân bằng sinh thái xung quanh

Trớc thực trạng đó, những yêu cầu khắc khe về xử lý và bảo vệ môi trờng cho mỗi doanh nghiệp ngày càng đòi hỏi cao Nhiều giải pháp đồng bộ

về xử lý rác thải, nớc thải, khí thải bảo vệ môi trờng tại các nhà máy, xí nghiệp đã và đang đợc đặt ra

Trong quá trình luyện xỉ titan tạo ra một lợng khí thải rất lớn Trong khí thải mang một lợng bụi xỉ đáng kể gây thất thoát kinh tế và ô nhiễm môi trờng Cho nên vấn đề xử lý khí thải trong nhà máy luyện xỉ titan là hết sức cần thiết Mục đích của quá trình xử lý khí thải là để thu hồi lợng lớn xỉ titan, mặc khác giảm ô nhiễm môi trờng

Với đề tài “Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải của công nghệ

luyện xỉ titan” là cần thiết với nội dung:

 Tìm hiểu về công nghệ luyện xỉ titan nói chung và nghiên cứu các phơng pháp xử lý khí thải trong công nghệ luyện xỉ titan nói riêng

 Khảo sát các công nghệ luyện xỉ titan hiện có ở Việt Nam

 Xác định thành phần khí và bụi chứa trong khí thải của công nghệ luyện xỉ titan, từ đó đa ra các phơng pháp xử lý thích hợp

 ứng dụng để xử lý khí thải cho lò luyện xỉ titan ở nhà máy luyện

xỉ titan Bình Định

- 2

-Danh môc ch÷ viÕt t¾t

TCVN: Tiªu chuÈn ViÖt Nam

AAS: Atomic Absorption Spectral Phæ hÊp thô nguyªn tö ( )

- 3

-DANH MụC BảNG Và HìNH Vẽ

Bảng 1.1 Phân cấp lới lọc bụi theo hiệu quả lọc đối với cỡ hạt bụi

Bảng 1.2 Năng suất lọc của thiết bị lọc túi vải phụ thuộc vào chất liệu vải lọc Bảng 2.1 Thành phần hóa học cơ bản quặng tinh ilmenit

Bảng 2.2 Thành phần hoá học của than hoàn nguyên

Bảng 2.3 Thành phần khí trong khí thải lò hồ quang

Bảng 2.4 Thành phần hóa học của bụi trong khí thải

Bảng 3.1 Thành phần tinh quặng ilmenit làm nguyên liệu

Bảng 3.2 Thành phần chất hoàn nguyên

Bảng 3.8 Thành phần bụi bị giữ lại trong buồng lắng

Bảng 3.9 Độ phân tán kích thớc hạt của bụi thu đợc ở buồng lắng

Bảng 3.10 Thành phần bụi trong khí thải ra khỏi buồng lắng

Bảng 3.11 Độ phân tán kích thớc hạt của bụi trong khí thải sau buồng lắngBảng 3.12 Thành phần khí thải lò hồ quang sau buồng lắng

Bảng 3.13 Thành phần bụi bị giữ lại trong xyclon

Bảng 3.14 Độ phân tán kích thớc hạt của bụi thu đợc trong xyclon

Bảng 3.15 Thành phần bụi trong khí thải ra khỏi xyclon

Bảng 3.16 Độ phân tán kích thớc hạt của bụi trong khí thải ra khỏi xyclon Bảng 3.17 Thành phần khí thải lò hồ quang sau xyclon

Bảng 3.18 Thành phần khí thải lò hồ quang sau thiết bị lọc bụi túi vải

Bảng 3.19 Các thông số của tháp sủi bọt một tầng

Bảng 3.20 Hiệu suất riêng phần theo kích thớc hạt của tháp sủi bọt

Bảng 3.21 Thành phần khí thải lò hồ quang sau tháp sủi bọt

- 4

-Bảng 3.22 Thành phần khí thải lò hồ quang sau khi đã xử lý (phơng án 1)Bảng 3.23 Thành phần khí thải lò hồ quang sau khi đã xử lý (phơng án 2)Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý công nghệ luyện xỉ titan của nhà máy luyện xỉ titan

Bình Định

Hình 1.2 Buồng lắng bụi

Hình 1 Buồng lắng chia thành nhiều tầng đều nhau3

Hình 1.4 Cấu tạo buồng lắng bụi nhiều tầng

Hình 1 sơ đồ nguyên l5 ý cấu tạo xiclon

Hình 1 Thiết bị lọc bụi ống tay áo nhiều đơn nguyên, giũ bụi bằng cơ cấu 6

rung và thổi khí ngợc chiều

Hình 1 Thiết bị lọc bụi ống tay áo có khung lồng và có hệ thống7 thổi

không khí nén kiểu xung lực để giũ bụi

Hình 1.8 Cấu tạo lới lọc kiểu tấm

Hình 1.9 Lắp ghép bộ lới lọc kiểu tấm

Hình 1.10 Buồng phun hoặc thùng rữa khí rỗng

Hình 1.11 Tháp rửa khí scrubơ

Hình 1.12 Thiết bị phun nớc có lớp đệm kiểu nằm ngang

Hình 1.13 Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nớc sủi bọt

Hình 1.14 Thiết bị lọc bụi kiểu ớt có đĩa va đập và phản xạ

Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý của lọc điện

Hình 1.16 Máy lọc tấm loại XK – 45

Hình 1.17 Máy lọc điện ớt M – 134

Hình 2.1 Cấu tạo rây máy

Hình 2.2 Dụng cụ phân tích cỡ hạt theo phơng pháp lắng chìm

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị AAS

Hình 2.4 Phơng pháp thải khí lò hồ quang

Hình 2.5 Làm kín khe hở chỗ đặt điện cực trong lò hồ quang

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý quá trình làm sạch khí thải lò luyện xỉ titan tại nhà

máy luyện xỉ titan Bình Định

Hình 3.4 Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nớc sủi bọt loại chảy tràn

Hình 3.5 Đồ thị xác định hiệu suất riêng phần của tháp sủi bọt đối với bụi ẩm

khi ρb.dT2 >1 và đối với bụi khô khi ρb.dT2>43,5

- 6

-Phần 1 TổNG QUAN Chơng 1

CƠ Sở Lý THUYếT CÔNG NGHệ LUYệN Xỉ TITAN

1 Giới thiệu

Công nghệ luyện xỉ titan chiếm vị trí rất quan trọng trong quá trình sản xuất pigment titan và nó cung cấp nguyên liệu đầu vào chủ yếu cho sản xuất pigment Công nghệ sản xuất xỉ titan là công nghệ có điều kiện thuận lợi thực hiện môi trờng trong sạch và các sản phẩm đều đợc sử dụng, hầu nh không

có phế liệu Vì vậy, công nghệ luyện xỉ titan ngày càng đợc phát triển

Việt Nam có trữ lợng quặng titan rất lớn, những năm gần đây đã khai thác với quy mô công nghiệp nhng sản phẩm bán ra thị trờng chủ yếu là quặng thô, cha qua chế biến nên giá thành thấp, gây thất thoát về kinh tế Do

đó, việc nghiên cứu và đa vào thực tế sản xuất chế biến sâu quặng titan là nhu cầu cấp thiết

1.1 Hiện trạng khai thác, chế biến quặng Titan ở Việt Nam [1]

Tổng trữ lợng cấp B + C1 quặng titan đã đợc thăm dò tính đến cuối tháng 12 năm 2004 của cả nớc là 7.538.300 tấn Trữ lợng cấp C2 đã tính

đợc là 6.491.600 tấn Tài nguyên dự báo cấp P1 đã xác định đợc 7.293.000 tấn Tiềm năng quặng titan ớc tính có thể có theo dự báo của các nhà địa chất thuộc cục địa chất và khoáng sản Việt Nam là khoảng 13 triệu tấn ilmenit

Ngành khai thác chế biến khoáng sản titan , ở Việt Nam đã hình thành hơn 17 năm, 4 năm gần đây phát triển rất nhanh Ngoài 2 công ty đang khai thác, chế biến quặng titan lục địa ở thái nguyên, hiện nay cả nớc có khoảng

40 đơn vị ở dọc bờ biển Việt Nam từ Thanh Hóa đến Thuận Hải cũng đang khai thác chế biến khoáng sản titan Tuy vậy, công nghệ khai thác và tuyển ,

- 7

-khoáng quặng titan của Việt Nam thực sự mới bắt đầu, trình độ còn thấp, cha

có công nghệ chế biến sâu, chủ yếu bán nguyên liệu thô, sản lợng sản xuất hàng năm không lớn Hiện nay hàng năm nớc ta xuất khẩu khoảng 200.000 ,

ữ 300.000 tấn ilmenit Các sản phẩm chủ yếu đợc chế biến từ quặng titan Việt Nam gồm có: quặng tinh ilmenit, rutil, zircon, monazit và magnhetit Mức độ tiêu thụ ở thị trờng trong nớc rất ít, chủ yếu để xuất khẩu Quặng tinh ilmenit, rutil đợc sử dụng cho sản xuất que hàn với một lợng rất nhỏ

Từ năm 1990 đến nay, nớc ta đã khai thác, chế biến và xuất khẩu gần 2 triệu tấn quặng tinh ilmenit, 30.000 tấn rutil Một điều đáng lu ý là thị trờng trong nớc có nhu cầu về pigment titan và ilmenit hoàn nguyên rất lớn nhng nớc ta cha chế biến đợc pigment titan, chỉ sản xuất đợc một phần ilmenit hoàn nguyên nên mỗi năm phải nhập khoảng 10.000 tấn pigment và khoảng 10.000 tấn ilmenit hoàn nguyên

1.2 Công nghệ luyện xỉ Titan tại Việt Nam [1]

Năm 1974 1976, Bộ môn Luyện kim m- àu - Đại học Bách khoa Hà Nội

đã kết hợp với Công ty que hàn Hà Nội tiến hành nghiên cứu luyện xỉ titan từ quặng ilmenit Cao Bằng và Sơn Dơng trong qui mô phòng thí nghiệm

Năm 1977 1978, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim đ- - ã

triển khai nghiên cứu đề tài cấp Nhà nớc: "Nghiên cứu luyện xỉ titan từ quặng ilmenit Cao Bằng" nằm trong chơng trình Vật liệu kim loại 24 và 24C

Đề tài đã nghiên cứu luyện xỉ titan qui mô bán công nghiệp trong lò điện hồ quang DC 0,5T công suất 400 KVA, đã luyện đợc 18 tấn tinh quặng ilmenit, - nhận đợc hơn 10 tấn xỉ và 5 tấn gang hợp kim

Năm 1981, kết quả nghiên cứu đề tài này đã đợc sử dụng để lập báo cáo kinh tế kỹ thuật xây dựng xởng sản xuất xỉ titan công suất 1000 tấn/năm Thực tế công nghệ luyện xỉ titan lúc đó cha ổn định, chi phí điện năng cao, hiệu suất thu hồi thấp nên kết quả trên vẫn cha đợc chấp nhận trong thực tế sản xuất

- 8

-Năm 2002 2003, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim tiếp - -

tục nghiên cứu đề tài: " Hoàn thiện công nghệ luyện xỉ titan " Đây là đề tài nhánh nằm trong đề tài cấp Nhà nớc: " Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất một số loại hợp kim ferro - đất hiếm Magiê ( Fe RE Mg ), ferro titan ( Fe - -

- Ti ) và xỉ titan" Trong đợt nghiên cứu này đã sử dụng quặng ilmenit Hà Tĩnh Công nghệ luyện xỉ titan đã đợc hoàn thiện, các chỉ tiêu công nghệ ã đợc đnâng cao hơn nhiều

Hiện nay, nớc ta có 2 nhà máy luyện xỉ titan với quy mô công nghiệp

là Nhà máy luyện xỉ tian Bình Định và nhà máy luyện xỉ titan Thái Nguyên Trong đó chỉ có nhà máy luyện xỉ titan Bình Định đã đi vào hoạt động, còn nhà máy luyện xỉ Thái Nguyên đang trong quá trình xây dựng, sẽ hoạt động vào cuối năm 2009

1.3 Công nghệ luyện xỉ Titan ở nhà máy luyện xỉ titan Bình Định

Nhà máy luyện xỉ titan Bình Định với năng suất thiết kế trong giai đoạn

1 là 6000 tấn xỉ/năm và 3500 tấn gang/năm Nhà máy sử dụng công nghệ luyện xỉ titan kiểu lò bán kín, điện cực tự thiêu kết nh của Trung Quốc Để thực hiện an toàn môi trờng và nâng cao thực thu TiO2 cần thiết phải trang bị thêm hệ thống xử lý khí thải Sơ đồ nguyên lý thể hiện trên hình 1.1

Nguyên liệu ban đầu là ilmenit hoặc các quặng titan khác nh titanomanhetit, đợc trộn và ép bánh với chất hoàn nguyên và chất phụ gia Sau đó luyện trong lò điện hồ quang Ôxit sắt đợc hoàn nguyên đến kim loại còn

-ôxit titan hoàn nguyên đến -ôxit hóa trị thấp (Ti3O5, Ti2O3, TiO) Sản phẩm nhận đợc là gang hợp kim và xỉ titan Gang hợp kim có thể chế biến sử dụng cho công nghệ luyện thép và sản xuất bột sắt Xỉ titan tùy theo thành phần hóa học đợc sử dụng sản xuất pigment, titan kim loại và có thể dùng làm nguyên liệu bọc que hàn điện

- 9

-Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý công nghệ luyện xỉ titan của nhà máy

luyện xỉ titan Bình Định

2 Cơ sở lý thuyết công nghệ luyện xỉ titan [3,4,12]

Luyện xỉ titan thực chất là quá trình hoàn nguyên quặng sắt - titan trong

lò điện hồ quang Trong đó ôxit sắt đợc hoàn nguyên đến kim loại và nóng chảy tách khỏi xỉ giàu titan Quá tr h hoàn nguyên ôxit sắt rất phức tạp bởi vììn

ôxit sắt liên kết bền vững với ôxit titan trong hợp chất hóa học, chẳng hạn nh ilmenit (FeO.TiO2) Ngoài ra trong quá trình luyện còn xảy ra các phản ứng hoàn nguyên ôxit titan (TiO2) đến các ôxit hóa trị thấp, tạo thành dung dịch xỉ

và hợp chất hóa học mới của ôxit sắt với c c ôxit titan, chúá ng làm nảy sinh sự

Gia công, tuyển từ

Lọc bụi Khí lò

2.1 Hoàn nguyên ilmenit trong pha rắn

Khi hoàn nguyên ilmenit bằng cacbon rắn thì sắt và titan đợc hoàn nguyên Tuy nhiên do tơng quan về ái lực hóa học, sắt đợc hoàn nguyên u , thế hơn theo các phản ứng (1.1), ( 2), ( 3), (1 1 1.4)

FeO.TiO2 + C = Fe + TiO2+ CO↑ (1.1) ∆G0

T = 37910 33,88T (J/mol)- 3/4FeO.TiO2+ C = 3/4Fe + 1/4Ti3O5+ CO↑ (1.2) ∆G0T = 40106 36,39T (J/mol)-

2/3FeO.TiO2 + C = 2/3Fe + 1/3Ti2O3+ CO ↑ (1.3) ∆G0

T = 42434 36,87 T (J/mol)- 1/2FeO.TiO2 + C = 1/2Fe + 1/2TiO + CO↑ 1.4) (

∆G0

T = 53684 37,62T (J/mol)- Nh vậy sắt đợc hoàn nguyên đến kim loại c, òn titan đợc hoàn nguyên đến ôxit hóa trị thấp: Ti3O5,Ti2O3,TiO

Nghiên cứu cơ chế hoàn nguyên ilmenit ngời ta thấy rằng sự hoàn nguyên của sắt trong ilmenit tiến hành theo quá trình sau:

FeO.TiO2 → (1 x) ( FeO.TiO - 2) xTiO2 + xFe 1.5)((FeO.TiO2).xTiO2 → FeO.2TiO 2+ Fe 1.6) ( FeO.2TiO2 → FeO(1-x).2 TiO2 + xFe 1.7)(

C [CO2]+ ↔ 2[CO] + (1.13)2[CO]+ ↔ 2CO (1.14) Trong đó: [CO]+ và [CO2]+ là các nhóm keton ở trên mặt cacbon rắn và

ôxit kim loại Tốc độ hoàn nguyên ôxit kim loại đợc giới hạn bởi sự phân rã của nhóm keton

Khi hoàn nguyên ilmenit bằng cacbon rắn, do tiến hành phản ứng Bel-bu-đoa:

CO2+ C = 2CO ↑ (1.15)Nên hàm lợng CO trong vùng phản ứng vợt quá 92 95% Điều đó tạo -

điều kiện thuận lợi cho quá trình hoàn nguyên ilmenit

Trong hệ FeO.TiO2 tồn tại 3 pha: 2FeO.TiO2, FeO.TiO2, FeO.2TiO2 Cho nên trong điều kiện bền vững về mặt nhiệt động học của đititanat thì quá trình hoàn nguyên ilmenit cần phải tiến hành với sự tạo thành hợp chất trung gian - đititanat sắt Nh vậy đititanat sắt bền vững nhiệt động học ở nhiệt độ cao hơn 1000 1100 - 0C Tuy nhiên cần phải tính toán rằng đititanat sắt có thể

đợc tạo thành ở nhiệt độ thấp hơn nh là một hợp chất giả bền ôxit magie (có thể có cả các ôxit khác) làm ổn định mạng lới tinh thể của đititanat sắt

Hoàn nguyên ilmenit tiếp theo sẽ kém theo sự tạo thành đititanat sắt: (FeO.TiO2).x(TiO2) → FeO.2TiO2 + Fe (1.17)

Đititanat sắt cũng tạo điều kiện hòa tan TiO2 Dung dịch rắn bão hòa TiO2 trong đititanat c thành phần (FeO.2TiOó 2)0,37(TiO2)0,63 Khi có mặt MgO thì độ hòa tan của TiO2 trong đititanat tăng lên Giới hạn h a tan TiOò 2 trong trờng hợp này tơng ứng c ng thức (Fe,Mg)ô 0,12TiO2 Hoàn nguyên ilmenit ở nhiệt độ thấp trong điều kiện bền vững nhiệt động học của đititanat đợc giới hạn bằng sự thay đổi giới hạn đồng nhất của nó do tạo thành sắt kim loại và rutil Kết quả hoàn nguyên đititanat sắt và nền dung dịch rắn tạo thành sắt kim loại và rutil Cần phải thấy rằng: ở nhiệt độ tơng đối cao TiO2 và sắt kim loại không thể tồn tại Số liệu thực nghiệm x c nhận: Khi nung đỏ hỗn hợp TiOá 2 và bột sắt trong chân không ở nhiệt độ 12000C thấy rằng khi thêm lợng Fe :không lớn th Fe đi vào mạng lới tinh thể của rutil và tạo thành Tiì 3+ Khi thêm lợng lớn Fe thì tạo thành pha mới có mạng lới tinh thể tơng ứng của

đititanat hay là anoxovit Hàm lợng TiO3+ khi đó tăng lên rõ rệt Kết quả tơng tác của Fe với TiO2 tạo thành hợp chất n[(Ti,Fe)O.2TiO2]m(Ti2O3.TiO2)pTiO2, một đititanat sắt đồng hành Khi nấu chảy sắt với TiO2 thì tơng tác giữa chúng c n mạnh hơn Với tỷ lệ mol òFe:TiO2 = 1:5 thì phản ứng tơng tác kết thúc sau 1 2 phút, lúc đó tạo thành -hợp chất thành phần n[(Ti,Fe)O.2TiO: 2]m(Ti2O3.TiO2)pTiO2

- 13

-Nh đã biết, trong ilmenit tự nhiên các tạp chất MgO, MnO tạo thành hợp chất đồng h nh (Fe,Mg,Mn).TiOì 2 Trong quá trình hoàn nguyên ilmenit do mức độ hoàn nguyên MnO thấp hơn FeO, còn MgO thực tế không bị hoàn nguyên Vì vậy, do FeO đợc hoàn nguyê theo sơ đồ (Fe,Mg,Mn).n TiO2 → xFe + (Fe1-x, Mg,Mn)O.TiO2 mà MnO và MgO đợc làm giàu Khi tạo thành

đititanat tất cả 3 ô t đi vào trongxi thành phần của đititanat, do đó công thức của đititanat có dạng (Fe,Mg,Mn)O.2TiO2 Hoàn nguyên đititanat sẽ làm giàu MgO, MnO do tách ra Fe Khi tạo thành Ti3+ ôxit MgO và MnO đi vào trong thành phần của anoxovit Các ôxit khác có thể i vào trong thành phần của đanoxovit nên nó có dạng n[(Fe,Mn,Mg,TiO).2TiO2].m[(Ti,Al,Cr)2O3 TiO2].pTiO2

Khi thêm vôi sẽ tạo thành perovskit và quá trình hoàn nguyên ilmenit bằng ca bon tiến hành theo phản ứng sauc :

FeO.TiO2 + CaO = FeO + CaO.TiO2 (1.18) FeO + C = Fe + CO (1.19) FeO.TiO2 + CaO + C = Fe + CaO.TiO2 + CO ( 2 ) 1 0Khi hoàn nguyên đititanat magie, ban đầu tạo thành dung dịch rắn của

Ti3O5trong đititanat, sau đ tạo thành dung dịch rắn Tió 2O3 trong metatitanat, vềcuối tạo thành dung dịch rắn có thành phần phức tạp n(2MgO.TiO2).m (MgO.Ti2O3), mà các ôxit: FeO, MnO, NiO, CoO, Al2O3 có thể đi vào đồng

hình trong nó Dung dịch rắn đó gọi là barđinhit

Khi hoàn nguyên ilmenit ở nhiệt độ không cao sẽ tạo thành sắt kim loại

và rutil Rutil này có thành phần kh ng hợp thức (TiOô 2-x) có nghĩa là hoàn nguyên trong khu vực giới hạn đồng nhất của nó Nhiệt độ bắt đầu hoàn nguyên rutil bằng cacbon gần 9000C Khi tăng nhiệt độ hoàn nguyên ilmenit

thì mức độ hoàn nguyên rut mới đợc tạo thành tăng lên Tiếp tục tăng nhiệt il

độ dẫn đến tạo thành Ti3O5, đôi khi nhận thấy có Ti6O11 Có một nét đặc trng

là rutil (TiO2) đợc hoàn nguyên đến Ti3O5 thờng chậm hơn so với TiO2

- 14

-trong thành phần của ilmenit Đó là do khi hoàn nguyên ilmenit sắt kim loại

đợc tạo ra đã làm hoạt hóa phản ứng tái sinh khí ôxit cacbon (theo phản ứng (1.15))

Trong quá trình hoàn nguyên ilmenit tạo thành đititanat sắt, nó có thể hòa tan Ti3O5, nhờ đó mà tốc độ hoàn nguyên rutil tăng lên Ngoài ra sự có mặt của Fe và FeO trong mạng tinh thể rutil cũng nâng cao tốc độ hoàn nguyên của nó

Nghiên cứu động học hoàn nguyên TiO2 bằng cacbon rắn có thêm vào 1-1,7% (mol) Fe, Al2O3, CaO, SiO2 thấy rằng: TiO2 bắt đầu hoàn nguyên bằng cacbon ở 9500C, biến đổi thành Ti3O5 kết thúc ở 13000C Thêm sắt làm cho TiO2 hoàn nguyên dễ hơn rất nhiều Thêm Al2O3 cũng làm tăng tốc độ hoàn nguyên nhng yếu hơn so với sắt Thêm CaO, SiO2 không ảnh hởng đến sự hoàn nguyên TiO2 Bởi vì trong ilmenit thiên nhiên có chứa các ôxit tạp chất cho nên khi hoàn nguyên TiO2 đến Ti3O5 thì hầu hết các ôxit đó đi vào trong thành phần của anoxovit mới đợc tạo thành Cho nên công thức của anoxovit

sẽ là: m[(Fe,Mg,Mn,Ti)O.2TiO2].n[(Ti,Al,Cr)2O3.TiO2].pTiO2

Cơ chế hoàn nguyên titanat sắt chứng minh rằng: sự tạo thành ôxit titan hóa trị thấp trong quá trình hoàn nguyên hay quá trình khác dẫn đến tạo thành liên kết của ôxit sắt trong hợp chất hóa học bền vững Điều đó làm cho hoàn nguyên sắt khó khăn Do đó tốc độ hoàn nguyên sắt trong ilmenit giảm theo mức độ tăng hoàn nguyên TiO2 Nâng cao nhiệt độ dẫn đến tạo thành ôxit titan hóa trị thấp, liên kết với FeO trong hợp chất bền cho n ngay cả khi nêtăng nhiệt độ đến 13000C thờng không đạt đợc mức độ hoàn nguyên cao hơn 80%

Nh vậy ô t sắt và titan làm ảnh hởng ngợc nhau đến mức độ hoàn xinguyên của chúng: ô t sắt làm tăng tốc độ hoàn nguy n của TiOxi ê 2, còn TiO2làm giảm mức độ hoàn nguyên của ôxit sắt

- 15

-2 2 Hoàn nguyê trong pha lỏng n

Quá ìtr nh hoàn nguy n trong pha rắn tiến hành với khối lợng khôê ng lớn, thờng giới hạn ở mức hoàn nguyên một phần ôxit sắt Quá trình hoàn nguyên phần lớn ôxit sắt (90-95%), một phần ôxit cr m, silic ,ô mangan đến kim loại, một phần TiO2 đến ôxit hóa trị thấp đợc hoàn thiện trong pha lỏng, trong môi trờng xỉ nóng chảy

Theo số liệu thực tế: Chi phí năng lợng cho hoàn nguyên các ôxit chỉ chiếm gần 17% và cho hoàn nguyên ôxit sắt chỉ gần 6,5% Phần đ ng kể sắt ácha đợc hoàn nguyên trong pha rắn bởi vì nó liên kết bền vững với ôxit titan

Luyện xỉ titan trong lò điện hồ quang trong thời gian một vài giờ, nhiệt

độ đạt đợc 17000C Theo thời gian luyện hàm lợng TiO, 2 trong xỉ tăng, hàm lợng FeO giảm Nên ban đầu chứa 23- 47% (FeO + Fe2O3) thì xỉ titan cuối giảm xuống 10 12% hay 2 5%, kết qủa là: chuyển sắt- - từ xỉ vào pha kim loại

và xỉ có hàm lợng TiO2 đợc tăng lên đạt tới 75 90% Có một đặc trng là - tổng số ôxit titan và sắt trong một quá trình luyện titan đợc giữ không thay

đổi trong xỉ titan Theo mức độ giảm hàm lợng FeO trong xỉ mà hoạt độ của sắt giảm và tốc độ hoàn nguyên nó giảm đột ngột

Tốc độ hoàn nguyên sắt trong dung dịch xỉ phụ thuộc nhiều vào thành phần liệu và phơng pháp chuẩn bị liệu Khi hàm lợng FeO trong xỉ giảm thì hàm lợng Ti2O3 tăng Nh vậy, trong dung dịch xỉ lỏng sự hoàn nguyên ôxit sắt và ôxit titan có mối liên hệ Ví dụ: khi trong xỉ chứa 16% FeO thì tơng ứng chứa 11% Ti2O3; khi 2% FeO thì tơng ứng 37% Ti2O3 Để xác định gần

đúng mức độ hoàn nguyên của xỉ chỉ cần xác định hàm lợng FeO trong nó Thông thờng hàm lợng TiO trong xỉ không cao, không vợt quá 3 - 5%, ít khi đạt đến 7 - 9%

- 16

-Khi luyện xảy ra phản ứng hoàn nguyên ôxit sắt đồng thời hoàn nguyên các ôxit kh c tạo thành kim loại Kim loại nhận đợc khi luyện quặng sắt- átitan trong lò điện hồ quang là thép cao cacbon chứa: 1 – 2,5%C, hay là gang chứa đến 4,3%C

Do hàm lợng C, S, P cao nên giá trị thép thấp, muốn nâng cao giá trị của

nó phải qua công đoạn tách S, P

Khi luyện có trợ dung vôi thì có một số u điểm sau:

- Làm giảm độ nhớt và nhiệt độ nóng chảy của xỉ

- Làm giảm độ dẫn điện của xỉ

- Có thể giảm hàm lợng FeO trong xỉ đến 1% ở điều kiện luyện bình thờng Nhng thêm quá nhiều trợ dung sẽ gây tác hại, nó phá lợng lớp lót

và đồng thời nâng cao hàm lợng CaO, MgO trong xỉ

Thành phần xỉ titan phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu (quặng tinh, chất hoàn nguyên và trợ dung) và công nghệ luyện Thành phần xỉ đợc lựa chọn theo mức độ hoàn nguyên tối u, phơng pháp đúc xỉ và phơng pháp làm nguội xỉ Hiện nay sản xuất hai loại xỉ:

- Xỉ để sản xuất TiCl4 (xỉ clorua): hàm lợng FeO thấp (2 6%) -

- Xỉ để sản xuất pigmen TiOt 2 bằng phơng pháp axit sulphuaric (xỉ sulphat) cho phép tới 10 15%FeO Bởi vì- chất lợng xỉ và kim loại có liên quan với nhau cho nên khi xác định thành phần xỉ tối u cần phải tính đến chất lợng kim loại, giá trị của nó trong lĩnh vực sử dụng

Một trong những vấn đề quan trọng của công nghệ luyện xỉ titan đó là: xác định mức độ hoàn nguyên tối u Điều đó phụ thuộc vào tính toán kinh tế

kỹ thuật giá thành xỉ và các sản phẩm nhận đợc khi gia công lại nh: TiCl4, pigment TiO2 Khi nâng cao mức độ hoàn nguyên sẽ cải thiện đợc chất lợng xỉ, do nâng cao hàm lợng TiO2, giảm hàm lợng FeO và một số các tạp

- 17

-khác (Cr, Mn, Si, V ) Điều đó làm có lợi khi gia công tiếp theo các sản phẩm luyện: Giảm chi phí clo hay là H2SO4, giảm lợng phế liệu, nâng cao năng suất thiết bị (đặc biệt trong giai đoạn làm sạch TiCl4), đồng thời nâng cao

đợc hàm lợng ôxit titan hóa trị thấp trong xỉ (Ti2O3, TiO) do đó làm thay

đổi tính chất công nghệ của xỉ Đó là mức độ phân hủy trong H2SO4, tốc độ clorua hóa, mức độ ôxy hóa và tự vỡ vụn khi làm nguội thỏi xỉ đúc

Khi nâng cao mức độ hoàn nguyên xỉ, thành phần kim loại thay đổi: tăng hàm lợng cacbon và các nguyên tố khác (Cr, Si, Mn ) cho nên chất lợng kim loại và giá trị của nó có thể thay đổi khi thay đổi mức độ hoàn nguyên của xỉ

Tuy nhiên khi nâng cao mức độ hoàn nguyên thì độ nhớt và nhiệt độ nóng chảy của nó tăng gây khó khăn khi sản xuất liên tục Ngoài ra nâng cao hàm lợng ôxit titan hóa trị thấp làm tăng tính chất ăn mòn của xỉ, đặc biệt hòa tan mạnh lớp lót lò, làm tăng lợng MgO đi vào xỉ từ lớp lót lò

Tốc độ hoàn nguyên ôxit sắt giảm đột ngột trong quá trình luyện Khi tính toán mức độ hoàn nguyên xỉ tối u cần phải tính đến những điều sau: Khi tăng mức độ hoàn nguyên độ nhớt xỉ tăng, tốc độ hoàn nguyên sắt giảm do đó

sự lắng tách các giọt kim loại nhỏ xuống đáy lò khó khăn, có thể không kịp lắng xuống đáy lò mà ở trạng thái lơ lửng trong xỉ Nếu nh kích thớc các hạt kim loại nhỏ hơn một phần mời milimet không tách đợc bằng tuyển từ

3 khí thải sinh ra trong quá trình luyện xỉ titan

Trong hầu hết các phản ứng của quá trình hoàn nguyên đều sinh ra khí

CO Do đó, nồng độ khí CO trong khí thải rất lớn Mặt khác, trong quặng chứa các hợp chất của lu huỳnh (thờng tồn tại ở dạng muối sunfua), ở nhiệt độ cao và có mặt các tác nhân oxy hóa tạo thành khí SO2 Khí CO và SO2 là những khí độc ảnh hởng đến sức khỏe con ngời và gây ô nhiễm không khí.Ngoài ra, khí thải còn cuốn theo bụi oxit kim loại, oxit silic và muội than, gây thất thoát về kinh tế và ô nhiễm môi trờng

- 18

-Vì vậy, khí thải thoát ra từ quá trình luyện xỉ titan cần phải đợc xử lý

CO, SO2 và thu hồi bụi trớc khi thải ra môi trờng

Chơng 2 TổNG QUAN Về BụI Và CáC PHƯƠNG PHáP Xử

Lý BụI TRONG CÔNG NGHIệP

1 Khái niệm chung về bụi và phân loại bụi [5,13]

1.1 Khái niệm chung về bụi

Các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể đơc tạo ra trong các quá trình nghiền, ngng kết và các phản ứng hóa học khác nhau Dới tác dụng của các dòng khí hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong những điều kiện nhất định chúng tạo thành thứ vật chất mà ngời ta gọi

là bụi

Bụi là một hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc – các hạt có kích thớc nằm trong khoảng từ kích thớc nguyên tử đến kích thớc nhìn thấy đợc bằng mắt thờng, có khả năng tồn tại ở dạng lơ lửng trong thời gian dài ngắn khác nhau

Sol khí (aerozon) cũng là một hệ thống vật chất rời rạc gồm các hạt thể rắn và thể lỏng ở trạng thái lơ lửng trong thời gian dài không hạn định Tốc độ lắng chìm của các hạt aerozon rất bé Những hạt bé nhất của aerozon có kích thớc gần bằng kích thớc các nguyên tử lớn, òn những hạt lớn nhất có kích cthớc khoảng 0,2 – 1 àm Vì vậy, khái niệm aerozon thô có thể xem là đồng nghĩa với bụi Aerozon có kích thớc hạt đồng nhất (monodisperse, isodisperse) hoặc không đồng nhất (polydisperse, heterodisperse)

1.2 Phân loại bụi

1.2.1 Phân loại theo kích thớc của bụi

- Bụi thô, cát bụi: gồm từ các hạt bụi chất rắn có kích thớc hạt δ>75àm

- Khói mịn: gồm những hạt chất rắn rất mịn, kích thớc hạt δ < 1 àm

- Sơng: hạt chất lỏng có kích thớc δ < 10 àm Loại hạt cỡ này có một nồng độ đủ để làm giảm tầm nhìn thì đợc gọi là sơng giá

1.2.2 Phân loại theo tính kết dính của bụi

- Bụi không kết dính: xỉ thô, thạch anh, đất khô…

- Bụi kết dính yếu: bụi tro từ lò cao, abatit, tro bụi, đá… Trong bụi có chứa nhiều chất cháy

- Bụi có tính kết dính: bụi kim loại, than bụi tro mà không chứa chất cháy, bụi sữa, mùn ca…

- Bụi có tính kết dính mạnh: bụi xi măng, amiăng, thạch cao, sợi bông, len muối natri…

1.2.3 Phân loại theo độ dẫn điện

- Bụi có điện trở thấp: nhanh trung hòa điện, dễ bị lôi cuốn trở lại dòng khí

- Bụi có điện trở cao: hiệu quả xử lý không cao

- Bụi có điện trở trung bình: thích hợp cho các phơng pháp xử lý

1.2.4 Phân loại theo độ tác động đến sức khỏe con ngời

- Bụi độc: chì, thủy ngân

- Bụi độc tính thấp: cát, sỏi đá…

2 Các phơng pháp xử lý bụi trong công nghiệp [5,6,7,8,9,14,15,16,17]

2 1 Lắng bụi theo phơng pháp trọng lực

- 20

-Phơng pháp lọc bụi đơn giản nhất là làm cho bụi lắng đọng dới tác dụng của trọng lực Những hạt bụi cỡ lớn thờng lắng đọng trên đờng ống, nhng để hiệu quả của quá trình lắng đợc cao hơn ngời ta phải chế tạo ra một thiết bị riêng cho việc lắng bụi và gọi là buồng lắng bụi

Cấu tạo của buồng lắng rất đơn giản – đó là một không gian hình hộp

có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đờng ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ (< 1 – 2 m/s), nhờ thế hạt bụi đủ thời gian để rơi chạm đáy dới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại ở đó mà không bị dòng khí mang theo

Phơng pháp này chủ yếu để thu hồi bụi thô, có kích hạt lớn từ 60 –

70àm Tuy vậy, các hạt bụi có kích thớc nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng

Hình 1.2 Buồng lắng bụi

2 .1 1 Lý thuyết tính toán thiết kế buồng lắng bụi

Một số quy định và giả thiết:

- Buồng lắng có cấu tao hình hộp nằm ngang chiều dài l, chiều cao H và

chiều rộng B

- Vận tốc dòng khí mang bụi trên toàn bộ tiết diện ngang của buồng lắng

là đều đặng, nói một cách khác – trờng vận tốc của dòng khí trong buồng lắng bụi là không đổi

Nếu L là lu lợng của dòng khí (m3/s) thì vận tốc chuyển động ngang u của hạt bụi sẽ đợc xác định theo công thức sau:

BH u

Trong đó:

τ – thời gian, s

V – thể tích của buồng lắng, m3Khi hạt bụi thuộc bất kỳ loại vật liệu gì có đờng kính rơi với vận tốc δ v

và đi đợc một đoạn h trong thời gian τ xác định theo (1 22 ) thì:

- Nếu h < H: hạt bụi bị dòng khí mang ra ngoài phạm vi của buồng lắng

- Nếu h ≥ H: tất cả các hạt bụi có kích thớc lớn hơn hoặc bằng δ đều bị giữ lại trong buồng lắng

Nh vậy, tỷ số h/H ứng với các cỡ đờng kính khác nhau của hạt bụi thể hiện đợc phần bụi có kích thớc đã cho bị giữ lại trong buồng lắng và từ đó

có thể xác định đợc hiệu quả lắng theo cỡ hạt của buồng lắng

Đờng kính bé nhất của hạt bụi hoặc c n gọi là đờng kính giới hạn mà òbuồng lắng có thể giữ lại đợc toàn bộ đợc tính theo công thức:

- 22

-Giả thiết rằng mọi cỡ hạt bụi trong dòng khí đi vào buồng lắng đợc phân bố đều đặn trên toàn bộ tiết diện ngang ban đầu của nó, tức là số lợng hạt bụi cỡ δ bất kỳ tỉ lệ thuận theo chiều cao h, do đó nếu gọi η δ( ) là hiệu quả lọc của buồng lắng đối với cỡ hạt δ, ta sẽ có:

% 100 ) ( ) (

H

h δ δ

ρ

L

lBH g

à

ρ δ

2 .1 3 Biện pháp nâng cao hiệu quả lắng của buồng lắng

Hiệu quả lọc theo cỡ hạt η δ( ) của buồng lắng bụi đợc xác định theo công thức (1.26) Từ đó ta thấy muốn nâng cao hiệu quả lọc đối với một cỡ hạt

δ nhất định nào đó thì:

- h(δ) phải tăng trong khi H = const;

- Giữ h(δ) không đổi và giảm chiều cao H của buồng lắng với điều kiện

đảm bảo năng suất lọc, tức lu lợng khí cần lọc không thay đổi

Ta có thể thực hiện vấn đề theo cách thứ hai Thật vậy, theo công thức (1.24) ta thấy nếu buồng lắng đợc chia ra thành nhiều tầng đều nhau thì chiều cao Hi của mỗi tầng và lu lợng đi qua Li đều giảm xuống theo một tỷ

lệ nh nhau, do đó h( ) sẽ không thay đổi Nếu bỏ qua chiều dày của tấm δngăn các tầng th u lợng chung cũng không thay đổi, trong lúc Hì l i của mỗi tầng đã giảm xuống n lần (n – là số tầng – hình 1 3 ) Nh vậy, hiệu quả lọc

% 100

- 23

-Hình 1.3 Buồng lắng chia thành nhiều tầng đều nhau

Trên hình 1 4 là sơ đồ cấu tạo của buồng lắng bụi nhiều tầng đợc áp dụng khá phổ biến trong công nghiệp

Hình 1.4 Cấu tạo buồng lắng bụi nhiều tầng

1 – khí vào; 2 – khí sạch thoát ra; 3 – nắp van điều chỉnh;

4 – cửa dọn vệ sinh; 5 – xả cắn bùn

2 2 Thiết bị lắng bụi ly tâm

2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Thiết bị lọc bụi ly tâm thờng đợc dùng trong công nghiệp là xiclon Nguyên tắc làm việc của xiclon dựa vào lực quán tính Xiclon có cấu tạo rất

- 24

-Phần dới của thân hình trụ có phễu (3) và dới cùng là van xả bụi ( )5 Bên trong thân hình trụ có ống thoát khí sạch ( ) 4 lắp cùng trục đứng với thân hình trụ

Nhờ ống dẫn (1) lắp theo phơng tiếp tuyến, không khí sẽ có chuyển

động xoắn ốc bên trong thân hình trụ của xiclon và khi chạm vào ống đáy hình phễu, dòng không khí bị dội ngợc trở lên nhng vẫn giữ đợc chuyển

động xoắn ốc để rồi cuối cùng theo ống ( ) 4 mà thoát ra ngoài

Trong dòng chuyển động xoắn ốc, các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm làm cho chúng có xu hớng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chạm vào đó, mất động năng và rơi xuống đáy phễu Bụi đợc tháo ra ngoài qua van xả bụi ( ) 5 Van xả (5) là van xả kép hai cửa (5a) và (5b) không

mở đồng thời nhằm đảm bảo luôn cách ly bên trong xyclon với thùng chứa bụi không cho không khí lọt ra ngoài

Hình 1.5 sơ đồ nguyên lý cấu tạo xiclon

1 – cửa vào; 2 – thân hình trụ; 3 – thân phễu;

- 25

-4 – cửa khí ra nắp; 5 – cửa tháo bụi

2.2.2 Đờng kính giới hạn và hệ số hiệu quả lắng theo cỡ hạt

Nh đã nói ở trên, thiết bị lọc ly tâm kiểu đứng – xiclon có cấu tạo rất

đa dạng, tùy theo hãng sản xuất mà kích thớc tơng đối của chúng rất khác nhau Mặt khác, nhiều tác giả khác nhau mặc dù cùng dựa trên các nguyên lý chung giống nhau nhng đa ra các sơ đồ tính toán cũng nh cách tiếp cận vấn đề không hoàn toàn giống nhau Do đó có rất nhiều dạng công thức khác nhau để xác định đờng kính giới hạn δ0 của hạt bụi mà với đờng kính ấy chúng bị giữ lại toàn bộ trong xiclon

Theo Baturin V.V (1965), δ0 đợc xác định theo công thức:

E

bnv

rr

1

) exp(

1 )

Với

Lr

rln

b 2 2 23

- 26

-khí cần lọc, hiệu quả lọc, tổn thất áp suất, diện tích và không gian chiếm chỗ

và giá thành thiết bị

Mỗi quan hệ phức tạp của các thông số kỹ thuật nêu trên cùng với một

số lợng lớn các số liệu thiết kế khác làm cho việc tính toán lựa chọn tối u xiclon thêm phức tạp và khó khăn

Thông thờng ngời ta luôn luôn u tiên chọn loại xiclon có lu lợng phù hợp, đồng thời có hiệu quả lọc cao và tổn thất áp suất bé Trên cơ sở đó các nhà khoa học nghiên cứu thiết kế và chế tạo xiclon cũng luôn luôn tìm kiếm cách xác định tỷ lệ kích thớc hợp lý của xiclon để đạt đợc những tính năng u việt nêu trên

2.2.4 Các dạng tổ hợp khác nhau của xiclon

2.2.4.1 Lắp nối tiếp hai xiclon cùng loại

Khi hai xiclon cùng loại ghép nối tiếp với nhau thì hiệu quả lọc của hệ thống có cao hơn so với hiệu quả lọc của từng xiclon làm việc riêng lẻ, tuy nhiên sự tăng hiệu quả lọc ấy không nhiều trong lúc sức cản của hệ thống thì tăng gấp đôi so với một xiclon

Ngoài ra sự tăng hiệu quả lọc của hệ thống hai xiclon lắp nối tiếp đáng xem xét là hiệu quả lọc theo cỡ hạt chứ không phải hiệu quả lọc tổng cộng, bởi vì khi lực tách bụi trong hai xiclon hoàn toàn nh nhau thì xiclon thứ hai không thể tách đợc cỡ bụi có kích thớc nhỏ hơn so với xiclon thứ nhất

2 2.4 2 Lắp song song hai hoặc nhiều xiclon cùng loại

Có rất nhiều căn cứ chứng tỏ rằng hiệu quả lọc của xiclon tăng khi lu lợng tăng hoặc lu lợng không đổi thì hiệu quả lọc tăng khi đờng kính của xiclon giảm Trong cả hai trờng hợp vừa nêu, tổn thất áp suất đều tăng Theo tài liệu của Jackson (1959) thì tồn tại một lu lợng tối u đối với loại bụi và xiclon đã cho Nh vậy khi cần xử lý bụi cho một lợng khí thải lớn thì tốt nhất là nên dùng nhiều xiclon cùng loại có đờng kính thích hợp lắp song song để mỗi xiclon đều làm việc với lu lợng tối u của nó Bằng cách đó ta

Có thể xem rằng hiệu quả lọc của xiclon chùm cũng bằng hiệu quả lọc của từng xiclon con riêng biệt về mặt lý thuyết, đờng kính xiclon càng bé thì sức ly tâm càng lớn và do đó hiệu quả lọc càng cao Còn tổn thất áp suất chung của cả hệ thống bằng ổn thất áp suất của một xiclon con (dù chúng thàng trăm chiếc), dĩ nhiên là có cộng thêm các tổn thất áp suất của các bộ phận phụ trợ nh ống vào, ống ra, van khóa… Trong lúc đó, lu lợng của hệ thống bằng tổng lu lợng của tất cả các xiclon con

2 3 Lọc bụi kiểu vách ngăn

2 3 1 Cơ cấu lọc bụi

Các đặc tính quan trọng nhất của lọc bụi kiểu vách ngăn là: hiệu quả lọc, sức cản khí động và thời gian của chu kỳ hoạt động trớc khi thay mới hoặc hoàn nguyên

Thông thờng quá trình lọc xảy ra trong lọc bụi kiểu vách ngăn có thể chia làm hai giai đoạn Giai đoạn đầu xảy ra quá trình giữ bụi trong vách ngăn sạch, trong lúc đó xem rằng sự thay đổi cấu trúc của vách ngăn lọc do bụi bám

và do các nguyên nhân khác là không đáng kể Giai đoạn này gọi là giai đoạn

ổn định; hiệu quả lọc và sức cản khí động của vách ngăn lọc trong giai đoạn này đợc xem nh không thay đổi theo thời gian và đợc xác định bởi cấu trúc của vách ngăn lọc, tính chất của bụi và chế độ chuyển động của dòng khí Giai

đoạn ổn định có ý nghĩa thực tế quan trọng đối với vách ngăn lọc làm việc trong môi trờng có nồng độ bụi ban đầu nhỏ

- 28

-Giai đoạn hai của quá trình lọc đợc gọi là quá trình không ổn định do

có sự thay đổi cấu trúc của vách ngăn lọc bởi nhiều hạt bụi bị giữ lại trong đó,

ảnh hởng của độ ẩm hoặc bởi các nguyên nhân khác làm cho sức cản khí

động và hiệu quả lọc của vách ngăn thay đổi rõ rệt

Quá trình giữ bụi trong vách ngăn diễn ra trên cơ sở những hiện tợng sau đay: khi dòng khí mang bụi đi qua vách ngăn, các hạt bụi tiếp cận với các vật liệu lọc và tại đó xảy ra tác động tơng hỗ giữa hạt bụi và vật liệu Các tác

động tơng hỗ này phụ thuộc vào kích thớc tơng đối và vận tốc của hạt, loại vật liệu lọc cũng nh sự có mặt của các lực tĩnh điện, lực trọng trờng hoặc lực nhiệt (hút cũng nh đẩy) Các dạng chính của tác động tơng hỗ giữa hạt bụi và vật liệu lọc là: va đập quán tính, thu bắt do tiếp xúc và khuếch tán

2.3.2 Các dạng khác nhau của vách ngăn trong lọc bụi

Vách ngăn lọc bụi đợc phân chia làm 3 cấp sau đây:

Bảng 1.1 Phân c ấp vách ngăn lọc bụi theo hiệu quả lọc đối với cỡ hạt bụ i

Cấp Kích thớc hạt bụi (àm) Hiệu quả lọc η ≥ _ %

2 3.2 1 L ọc bằng túi vải hoặc ống tay áo

Lọc bằng túi vải có thể liệt vào loại thiết bị lọc cấp II với hiệu quả lọc

có thể thay đổi trong phạm vi rất rộng từ 10 – 90% đối với cỡ bụi dới micromet

Cấu tạo của vách ngăn lọc bao gồm nhiều túi vải dệt từ các loại sợi khác nhau nh len, gai, sợi bông vải, sợi thủy tinh lồng vào khung lới thép để bảo

vệ

Trong công nghiệp thờng dùng loại túi vải hình ống và lắp vào một thiết bị hoàn chỉnh có kèm theo các bộ phận cơ giới để giữ bụi đợc gọi là thiết bị lọc ống tay áo (hình 1.6 và hình 1.7)

- 29

-Hình 1 6 Thiết bị lọc bụi ống tay áo nhiều đơn nguyên, giũ bụi bằng

cơ cấu rung và thổi khí ngợc chiều

1 – phễu chứa bụi với trục vít thải bụi; 2 – cơ cấu rung để giũ bụi;

3 – ống góp; 4 – ống dẫn khí chứa bụi đi vào ống góp; 5 – đơn nguyên

đang thực hiện quá trình giũ bụi; 6 – van; 7 – khung treo các chùm ống tay

áo;

8 – van thổi khí ngợc để giũ bụi; 9 – ống dẫn khí sạch thoát ra

Thiết bị gồm nhiều ống tay áo đờng kính 125 – 300 mm, chiều cao từ 2,5 – 3 m, đầu dới liên kết vào bản đáy đục lỗ tròn bằng đờng kính của ống tay áo hoặc lồng vào khung và cố định đầu trên vào bảng đục lỗ

Khí cần lọc đợc đa vào phễu chứa bụi rồi theo các ống túi vải đi từ trong ra ngoài (hoặc từ ngoài vào trong) để đi vào ống góp khí sạch và thoát ra ngoài Khi bụi đã bám nhiều trên mặt trong (hoặc mặt ngoài) của ống tay áo làm cho sức cản của chúng tăng cao ảnh hởng đến năng suất lọc, ta tiến hành hoàn nguyên bằng cách giũ bụi kết hợp với thổi khí ngợc từ ngoài vào trong ống tay áo (hoặc phụt không khí nén kiểu xung lực để không khí đi từ trong ra ngoài ống tay áo)

- 30

-Thiết bị lọc đợc chế tạo thành nhiều đơn nguyên và lắp nhiều đơn nguyên để thành một hệ thống có năng suất lọc đáp ứng yêu cầu Để hệ thống làm việc liên tục, quá trình hoàn nguyên đợc tiến hành định kỳ và tuần tự cho từng đơn nguyên hoặc từng nhóm đơn nguyên trong lúc các đơn nguyên khác trong hệ thống vẫn làm việc theo chu kỳ lọc bình thờng

Hình 1.7 Thiết bị lọc bụi ống tay áo có khung lồng và có hệ thống

thổi không khí nén kiểu xung lực để giũ bụi.

1– van điện từ; 2– ống dẫn không khí nén; 3– vòi phun; 4– dòng không khí

nén;

5 – hộp điều khiển tự động quá trình hoàn nguyên (giũ bụi); 6 – ống tayáo;

7 – khung lồng; 8 – phễu chứa bụi

Thiết bị lọc ống tay áo thờng đợc chế tạo để làm việc trên đờng ống hút của máy quạt, lúc đó vỏ hộp của thiết bị phải đảm bảo độ kín để hạn chế

sự thâm nhập của không khí xung quanh vào thiết bị Trờng hợp thiết bị đợc chế tạo để làm việc trên đờng ống đẩy của quạt thì vỏ hộp của thiết bị trong nhiều trờng hợp chỉ đóng vai trò bảo vệ các chùm ống tay áo, thậm chí không cần có vỏ thiết bị và khí thoát ra từ các ống tay áo có thể tuần hoàn trở lại hệ

Bảng 1.2 Năng suất của thiết bị lọc túi vải phụ thuộc vào chất liệu vải lọc

vải bông sợi

Vải bằng sợi tổng hợp

Vải bằng sợi thủy tinh Năng suất lọc đơn vị,

m3/m2.ph 0,6 0,12ữ 0,5 ữ 1 0,3 ữ 0,9

2 3.2 2 ọc kiểu tấm xốp L

Lọc kiểu tấm xốp thuộc loại lới lọc cấp III, trong đó các sợi đợc sắp xếp với khoảng cách tơng đối lớn để đảm bảo sức cản khí động của lới lọc không quá lớn và vận tốc lọc đợc cao (1,5 3 m/s) Trong điều kiện nh vậy, ữ quá trình giữ bụi trong lới lọc kiểu tấm chủ yếu là dới dạng va đập của lực quán tính Để cho bụi không bị cuốn theo dòng khí sau khi đã bám trên các sợi lới, ngời ta dùng dầu công nghiệp tẩm ớt toàn bộ lới lọc, ngoài tác dụng giữ bụi còn bảo vệ lới lọc không bị han gỉ

H ình 1 8 Cấu tạo lới lọc kiểu tấm xốp

- 32

-Trên hình 1.8 là lới lọc kiểu tấm xốp với vật liệu đệm là lỏi kim loại hoặc sứ Kích thớc thông thờng của tấm lọc là 500 x 500 x (75 80) mm, ữ khâu kim loại có kích thớc 13 x 13 x 1mm, trở lực của lới lọc khá bé 30 ữ

40 Pa Hiệu quả lọc có thể đạt 99%, năng suất lọc đạt 4000 5000 mữ 3/h cho 1m2 diện tích bề mặt lới lọc, hàm lợng bụi sau bộ lọc đạt 6 20 mg/mữ 3

Tùy theo lu lợng không khí cần lọc các tấm lọc đợc ghép với nhau trên khung phẳng hoặc ghép nhiều tầng để tăng hiệu quả lọc (hình 1.9 )

Hình 1.9 Lắp ghép bộ lới lọc kiểu tấm xốp

2 4 Thiết bị lọc bụi theo phơng pháp ớt

Quá trình lọc bụi trong thiết bị lọc bụi theo phơng pháp ớt đợc dựa trên nguyên lý tiếp xúc giữa dòng khí mang bụi với chất lỏng, bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và thải ra ngoài dới dạng cắn bùn Phơng pháp lọc bụi bằng thiết bị lọc ớt có thể xem là rất đơn giản nhng hiệu quả lại rất cao

Thiết bị lọc bụi theo phơng pháp ớt có nhiều u điểm nổi bật so với các loại thiết bị lọc bụi khác Cụ thể là:

- Thiết bị lọc bụi theo phơng pháp ớt dễ chế tạo, giá thành thấp nhng hiệu quả lọc bụi cao

- Có thể lọc đợc bụi kích thớc dới 0,1àm

Tuy nhiên, thiết bị lọc bụi theo phơng pháp ớt cũng có một số nhợc

bộ phận khác phía sau thiết bị lọc

- Trờng hợp khí thải có chứa các chất ăn mòn cần phải bảo vệ thiết bị và

hệ thốn đờng ống bằng sơn chống gỉ hoặc phải chế tạo thiết bị và đờng g ống bằng vật liệu không han gỉ

Chất lỏng đợc sử dụng phổ biến nhất trong thiết bị lọc bụi theo phơng pháp ớt là nớc Trờng hợp thiết bị lọc có chức năng vừa khử bụi vừa khử khí độc hại ì chất lỏng có thể là một loại dung dịch nào đó do quá tr th ình hấp thụ quyết định

Thiết bị lọc bụi theo phơng pháp ớt có thể chia thành các loại sau đây tùy thuộc vào nguyên lý hoạt động của chúng

2.4.1 Buồng phun, thùng rữa khí rỗng

Buồng phun hoặc thùng rữa khí rỗng đợc sử dụng rất phổ biến để lọc bụi thô trong khí thải đồng thời để làm nguội khí nh là cấp lọc chuẩn bị và

“gia công” bụi trớc thiết bị lọc bụi bằng điện nhằm giảm nồng độ bụi ban

đầu và điều chỉnh điện trở suất của bụi

Trên hình 1.10 là sơ đồ cấu tạo của thùng rữa khí rỗng Nớc đợc phun

từ trên xuống và dòng khí đợc dẫn ngợc từ dới lên Cũng có thể bố trí vòi

- 34

-phun từ bốn phía xung quanh và -phun theo phơng ngang vào dòng khí Vận tốc dòng khí trong thiết bị vào khoảng 0,6 – 1,2 m/s Nếu vận tốc dòng khí lớn hơn, nớc có thể bị dòng khí mang theo nhiều mà tấm chắn nớc không

đủ khả năng để cản lại Để dòng khí phân bố đều đặn trên toàn bộ tiết diện ngang của thiết bị, ngời ta bố trí thêm bộ phận phân phối khí ở tiết diện vào của dòng khí

Hình 1.10 Buồng phun hoặc thùng rữa khí rỗng

1 – vỏ thiết bị; 2 – vòi phun nớc; 3 – tấm chắn nớc;

4 – bộ phân hớng dòng và phân phối khí

2 2 4 Thiết bị lọc bụi có lớp đệm bằng vật liệu xốp theo nguyên lý ớt

Thiết bị lọc có lớp đệm bằng vật liệu xốp theo nguyên lý ớt còn gọi là thiết bị (tháp) rữa khí hoặc scrubơ gồm một thùng tiết diện tròn hoặc chữ nhật bên trong có chứa một lớp đệm bằng vật liệu xốp và đợc tới nớc Khí đi từ dới lên xuyên qua lớp vật liệu xốp, khi tiếp xúc với lớp vật liệu ớt bụi sẽ bị bám lại ở đó còn khí sạch thoát ra ngoài Một phần bụi bị nớc cuốn trôi xuống thùng chứa và đợc xả dới dạng cặn bùn

- 35

-Cấu tạo của loại thiết bị này cho phép làm việc với vận tốc khí lớn (có thể đạt 10m/s), nhờ đó kích thớc thiết bị sẽ đợc gọn nhẹ hơn

Hình 1.11 Tháp rửa khí scrubơ

1 – tấm đục lỗ; 2 – lớp vật liệu rỗng; – dàn ống phun nớc 3

Hình 1.12 Thiết bị phun nớc có lớp đệm kiểu nằm ngang

1– vòi phun; 2– vỏ và khung; 3– hệ thống tới nớc; – p4 hần không tới

nớc

Nớc tới

Khí ra

Xả cắn bùn Khí vào

- 36

-của lớp đệm – thay cho tấm chắn nớc; 5– bể chứa cắn bùn; 6– vật liệu

xốp

2.4.3 Thiết bị lọc bụi loại tháp đĩa

Hình 1.13 Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nớc sủi bọt

a) Loại dội nớc dập khí: 1 – vỏ thiết bị; 2 – vòi phun nớc; 3 – đĩa đục lỗ; b) Loại chảy tràn: 1 – vỏ thiết bị; 2 – đĩa đục lỗ; 3 – hộp chứa nớc cấp

vào;

4 – tấm chắn chảy tràn; 5 – hộp xả nớc tràn

Nguyên lý làm việc của thiết bị có đĩa chứa nớc sủi bọt là nớc cấp vào

đĩa vừa đủ để tạo một lớp nớc có chiều cao thích hợp, dòng khí đi từ dới lên qua đĩa đục lỗ làm cho lớp nớc sủi bọt Bụi trong khí tiếp xúc với bề mặt của những bong bóng nớc và bị giữ lại rồi theo nớc chảy xuống thùng chứa Thiết bị lọc bụi ớt kiểu đĩa sủi bọt có khả năng lọc đợc bụi cỡ bằng hoặc trên 5àm với hiệu quả lọc tơng đối cao

Ngoài hai loại thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nớc sủi bọt nêu trên, trong công nghiệp còn sử dụng khá phổ biến loại thiết bị lọc bụi có đĩa va đập và

Khí vào

Khí vào

Nớc Nớc