phương pháp CYCLONE KHÔ

 Theo tính kết dính của hạt bụi  Bụi không kết dính: xỉ khô, thạch anh, đát khô…  Bụi kết dinhs yếu: bụi từ lò cao, tro bụi…  Bụi có tính kết dính: bụi kim loại, than bụi tro mà khôn

MỞ ĐẦU

Ngày nay ô nhiễm đang là một vấn đề đáng quan tâm của Việt Nam cũng như củatoàn thế giới Khi mức độ đô thị hóa ngày càng nhanh số lượng các khu công nghiệp, khuchế suất ngày càng tăng, ngày càng nhiều bệnh tật ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏecon người liên quan đến vấn đề ô nhiễm không khí Các bệnh về da, mắt đặt biệt là đường

hô hấp.Vì vậy việc xử lý bụi và khí thải trong quá trình sản xuất là đều tất yếu phải cótrong các khu công nghiệp, nhà máy để bảo vệ môi trường không khí

Trong công nghiệp bụi được sinh ra từ các quá trình công nghiệp như nghiền, tánvật liệu cứng, sàn chọn vật liệu rụng rời, các quá trình mài, xử lý bề mặt, đánh bóng sảnphẩm

Tùy theo vật liệu gia công chế biến và quy trình công nghệ mà bụi sinh ra có cácđiểm khác nhau cho từng ngành công nghiệp khác nhau, mà quan trọng phải đề cập đến

là khối lượng đơn vị của bụi và độ phân cấp cỡ hạt của nó Các thông số này quyết định

sự lựa chọn thiết bị lọc hợp lý và là cơ sở để tính toán hiệu quả lọc của thiết bị

Có nhiều phương pháp để được ứng dụng vào quá trình xử lý khí thải đã đạt đượchiệu quả cao như hấp thụ, hấp phụ, đốt…Chúng em sẽ trình bày về phương pháp xử lýbụi dựa vào lưc ly tâm cụ thể là phương pháp dùng xiclon khô

I TỔNG QUAN VỀ BỤI VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI BẰNG LỰC LY TÂMTỔNG QUAN VỀ BỤI

1.1 Khái niệm chung về bụi

Các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể được tạo ra trong quá trình nghiền,ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau Dưới tác dụng của dòng khí hoặc khôngkhí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lững và trong những điều kiện nhất định chúng tạothành thứ vật chất mà người ta gọi là bụi

Bụi là hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc – các hạt bụi có kích thướcnằm trong khoảng từ kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy được bằng mắtthường, có khả năng tồn tại ở dạng lơ lửng trong thời gian dài ngắn khác nhau

Kích thước hạt bụi được hiểu là đường kính, độ dài của hạt hoặc lổ ray kích thướclớn nhất của hình chiếu hạt

 Bụi: hạt chất rắn có kích thước d= (5 75 Được hình thành như bụi khô.

 Khói: gồm những hạt thể rắn hay lõng được tạo ra trong quá trình đốt cháy nhiênliệu hay quá trình ngưng tụ, có kích thước hạt d = (1 – 5) Đặc điểm quantrọng là có đặc tính khuếch tán rất ổn định trong khí quyển

 Khói min: gồm những hạt rắn có kích thước d < 1

 Sương :hạt chất lỏng có kích thước d < 10 Loại hạt này ở nồng độ nhất địnhlàm giảm tầm nhìn, còn gọi là sương giá

 Theo tính kết dính của hạt bụi

 Bụi không kết dính: xỉ khô, thạch anh, đát khô…

 Bụi kết dinhs yếu: bụi từ lò cao, tro bụi…

 Bụi có tính kết dính: bụi kim loại, than bụi tro mà không chứa chất cháy, bụi sữa,mùn cưa…

 Bụi có tính kết dính mạnh: bụi xi măng, thạch cao, sợi bông, len…

 Theo độ dẫn điện:

 Bụi có điện trỡ thấp: trung hòa diện 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 phương pháp xử lý

 Theo tác hại của bụi

 Ảnh hưởng đến thực vật: bụi làm giảm khả năng diệp lục hóa quang hợp, hô hấp

và thoát hơi nước Dẫn đến cây sinh trưởng kém, làm năng suất cây giảm làm thấtthu mùa màng…

 Ảnh hưởng tới động vật: bụi làm ảnh hưởng tới động vật làm kích thích tới cácbệnh ho ,dị ứng

 Ảnh hưởng tới con người gây ra bệnh phổi, loại bụi của vật liệu ăn mòn hay độctính trong nước mà lắng động ở mũi, miệng, đường hô hấp có thể làm rách ngăn

1.3 Tính chất của bụi

 Độ phân tán của phân tử

 Kích thước hạt là một thong số cơ bản của nó Việc lựa chọn các hạt bụi phụ thuộcvào thành phần phân tán của các hạt bụi tách được các thiết bị đặc trưng cho kíchthước hạt bụi là đại lượng vận tốc lắng của chúng cũng như đại lượng đường kínhlắng các hạt ta thường thiết lập giới hạn sử dụng theo độ kết dính của hạt bụi

 Kích thướt hạt bụi càng nhỏ thì chúng càng dễ bị bám vào bề mặt thiết bị vớinhững bụi có kích thước 60-70% hạt có đường kính nhỏ hơn 10 thì rất dễ dẫnđến dính bết, còn bụi có nhiều hạt trên 10 thì dễ trở thành tơi xốp

 Độ mài mòn của bụi

 Độ mài mòn của bụi đặc trưng cho cường độ mài mòn kim loại thì cùng vận tốckhí và cùng nồng độ bụi

 Độ mài mòn của bụi phụ thuộc vào độ cứng, hình dạng, kích thước và mật độ củahạt

 Khi tính toán thiết kế phải tính đến độ mài mòn của bụi

 Độ thấm ướt của bụi

Độ thấm ướt của nước bằng các hạt bụi có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc củacác thiết bị tách bụi kiểu ướt, đặc biệt là các thiết bị làm việc ở chế độ tuần hoàn

 Độ hút ẩm của bụi

Khả năng hút ẩm của bụi phụ thuộc vào thành phần hóa học cũng như kích thướ,hình dạng và độ nhám của bề mặt các hạt bụi độ hút ẩm của bụi tạo điều kiện táchchúng trong các thiết bị lọc bụi kiểu ướt

 Độ dẫn điện của bụi

Chỉ số này được đánh giá theo chỉ số điện trở suất của bụi và phụ thuộc vào tínhchất của từng hạt bụi riêng rẻ, cấu trúc hạt và các thong số của dòng khí Chỉ sốnày ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của các bộ lọc tĩnh điện

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ BỤI BẰNG LỰC LI TÂM

Lực ly tâm là lực phát sinh khi vật thể tham gia vào một chuyển động quay Lực

ly tâm có xu hướng đẩy vật thể đi ra xa tâm quay Độ lớn của lực ly tâm tỉ lệ thuậnvới trọng lượng vật thể và tốc độ quay quanh trục của vật thể

Trong đó: P - Lực ly tâm đặt lên vật thể

m – Khối lượng vật thể kg

u - Tốc độ dài của vật thể m/s

R - Khoảng cách từ tâm quay tới vật thể m

Ω- vận tốc góc của chuyển động quay 1/radian

II CYCLONE

1 Định nghĩa

Công nghệ xử lý khí ô nhiễm bằng phương áp Cyclone là phương pháp tách bụi

có trọng lượng lớn ra khỏi hỗn hợp khí bằng lực ly tâm, khi dòng khí chuyển độngtròn theo thành Cyclone Dòng khí sạch được cuốn ra ngoài ở ống trung tâm, hạt bụi

va đập và thành rớt xuống đáy

2 Phân loại

Công nghệ Cyclone gồm 02 phương pháp

Cyclone ướt (wet Cyclone): Tách hạt bụi kích thước mm ra khỏi hỗn hợp khí ônhiễm;

Cyclone khô (dry Cyclone): Tách hạt bụi kích thước mm ra khỏi hỗn hợp khí ônhiễm;

2.1 Xiclon khô

2.1.1 Cấu tạo:

2.1.2 Nguyên lý hoạt động:

Cyclon là thiết bị hình trụ tròn có miệng dẫn khí vào ở phía trên Không khí vàocyclon sẽ chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của vỏ hình trụ Xuống tới

phần phễu, dòng khí sẽ chuyển động ngược lên trên theo đường xoắn ốc và qua ống tâmthoát ra ngoài.

Hạt bụi trong dòng không khí chảy xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khí vào chuyểnđộng xoáy Lực ly tâm gây tác động làm hạt bụi sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ ngoàicyclon Đồng thời, hạt bụi sẽ chịu tác động của sức cản không khí theo chiều ngược vớihướng chuyển động, kết quả là hạt bụi dịch chuyển dần về vỏ ngoài của cyclon, va chạmvới nó, sẽ mất động năng và rơi xuống phễu thu Ở đó, hạt bụi đi qua thiết bị xả đi rangoài

2.1.3 Phân loại xiclon khô:

Xiclon khô được chia làm hai loại chính: xiclon đơn và xiclon tổ hợp

Xiclon đơn

Xiclon đơn là thiết bị hoàn chỉnh hoạt động độc lập và có nhiều dạng khác nhaunhư dạng hình trụ, hình côn Việc sử dụng loại nào phụ thuộc vào đặc tính hạt bụi và yêucầu sử lý Dạng hình trụ có năng suất lớn dạng hình côn có hiệu suất lớn

tổ hợp nhỏ hơn kích thước của xiclonđơn có cùng công suất.

Cấu tạo của xiclon tổ hợp

 Nguyên lý làm việc của xiclon tổ hợp:

Khi bụi đi vào ống nối và sau đó đi vào hộp phân phối, từ đó đi vào các không gian giữa

vò đơn nguyênvà ống xả trong khoảng không gian này có đặt các dụng cụ ssịnh hướng

để tạo sự chuyển động xoáy Bụi sau khi tách đi qua lỗ tháo bụi và vào thùng chứa

 Ưu điểm của xiclon tổ hợp

 Năng suất làm việc tăng lên, bởi vì lồng ghép được nhiều đơn nguyên

 Dễ dàng cơ giới hóa

 Hiêuh quả làm việc cao

 Dễ dàng mắt trực tiếp với các công đoạn xử lý tiếp theo

 Nhược điểm của xiclon tổ hợp

 Giá thành lắp dặt ban đầu cao

 Chiếm diện tích lớn

III CHỌN XICLON

Yêu cầu đặt ra đối với việc tính toán thiết kế hoặc chọn lựa xiclon là phải đáp ứngđược các thông số kĩ thuật quan trọng sau đây:lưu lượng không khí cần lọc,hiệu quảlọc,tổn thất áp xuất,diện tích và không gian chiếm chỗ và giá thành thiết bị

Mối quan hệ phức tạp của các thông số kĩ thuật nêu trên cùng với một lưu lượng lớncác số liệu thiết kế khác làm cho việc tính toán lựa chọn tối ưu xiclon thêm phức tạp vàkhó khăn

Thông thường người ta luôn ưu tiên chọn loại xiclon có lưu lượng phù hợp đồngthời có hiệu quả lọc cao và tổn thất áp suất bé.Trên cơ sở đó các nhà khoa học nghiên cứuthiế kế và chế tạo xiclon cũng luôn tìm kiếm cách xác định tỉ lệ kích thước hợp lý củaxiclon để được những tính năng ưu việt nêu trên

Ở bảng 7.5 là một số ví dụ về kích thước của xiclon của một số nhà nghiên cứu thiết

kế khác nhau đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật đã nêu trên.Các loại xiclon có cấu tạo(tỷ lệ kích thước )khác nhau được đánh giá bằng hai thông số chính là: chỉ số áp suất KD

và chỉ số lọc B (Barth và Leineweber ,1964 ) Các chỉ số đó thể hiện mối quan hệ giữatổn thất áp suất và đường kính giới hạn của hạt bụi với vận tốc trung bình biểu kiến

vD=4L/ D2

Bảng 7.5 kích thước tương đối của một số loại xiclon

Các trị số vận tốc vào vE vận tốc trục biểu kiến vD được sử dụng rất phổ biến để

đặc trưng cho chế độ làm việc của xiclon, nhưng trong đó vận tốc vD thể hiện mối quan

hệ chặt chẽ giữa tính hoàn thiện của xiclon với kích thước chủ yếu của nó –đường kính

thân hình trụ của xiclon

0,57 5

0.5

0.75

0.2

0.37 5

0.5

0.87 5

1.5

1.5

3

1.65 2

4

4

0.4

0.68 8

Khi chỉ số B = vDZ/D2 của loại xiclon có hình dáng cho trước, ta có thể xác địnhđược thông số Z0/D2ứng với các trị số vDkhác nhau, mỗi giá trị vD lại tương ứng với mộttrị số tổn thất áp suất nhất định thông qua biểu thức KD = ∆ /(pvD2/2) Còn thông số

Z0/D2 cho phép ta xác định được thông số đường kính D2 ứng với hiệu quả lọc thể hiệnqua thông số Z0 Cuối cùng lưu lượng L của xiclon được xác định bởi biểu thức L = VD

IV CÁC DẠNG TỔ HỢP CỦA XICLON:

1 Lắp nối tiếp hai xiclon cùng loại

Khi hai xiclon cùng loại mắc nối tiếp với nhau thì hiệu quả lọc của hiệu thống

có cao hơn hiệu quả lọc của từng xiclon đơn lẻ, tuy nhiên sự tăng hiệu quả lọc ấykhông 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 2 xiclon mắc nối tiếp đáng xem xét

là hiệu quả lọc theo cỡ hạt chứkhông phải hiệu quả lọc tổng cộng, bởi vì khi lực táchbụi trong hai xiclon hoàn toàn như nhau thì xiclon thứ hai có thể tách được cỡ bụi cókích thước hạt nhỏ hơn so với xiclon thứ nhất

Khi xét từng cỡ hạt của bụi, nếu hiệu quả lọc đối với một cỡ hạt nào đấy củamột xiclon làmviệc riêng lẽ là %, hiệu quả lọc cũng đối với cỡ hạt ấy của tổ hợp là

0% và G là khối lượng bụi cỡ hạt đã cho đi vào hệ thống, ta sẽ có:

Lắp nối tiếp hai xiclon cùng loại

2 Lắp xong xong hai hay nhiều xiclon cùng loại

Hiệu quả lọc của xiclon tăng khi lưu lượng tăng hoặc nếu lưu lượng không đổithì hiệu quả xiclon tăng khi đường kính của xiclon tăng Cả hai trường hợp tổn thất ápxuất đều tăng

Cấu tạo của xiclon chùm

Có thể xem rằng hiệu quả lọc của xiclon chùm cũng bằng hiệu quả lọc của từngxiclon con riêng biệt, mà như chúng ta đã biết, về mặt lý thuyết đường kính xicloncàng bé thì lực ly tâm càng lớn và do đó hiệu quả lọc càng cao Còn về mặt tổn thất ápsuất cũng tương tự, tức là tổn thất áp suất chung của cả hệ thống bằng tổn thất áp suấtriêng của một xiclon con, dĩ nhiên là có cộng thêm các tổn thất áp suất của các bộphận phụ trợ như ống vào, ống ra, van khóa v.v… Trong lúc đó, lưu lượng của hệthống bằng tổng lưu lượng của các xiclon con

Các xiclon con có đường kính 100, 150, 200 mm Miệng vào các xiclon con có

bộ phận tạo dòng chảy xoắn ốc theo dạng chân vịt hoặc trục vít Hiệu quả lọc của từngxiclon con cỡ đường kính nêu trên dao động trong khoảng 75 83% đối với cỡ bụi cókích thước bằng 5 m, 93 99,5% đối với cỡ bụi có kích thước 10 m, 99 99,5%đối với cỡ bụi có kích thước 20 m

n – số lượng xiclon con trong một dãy ngang so với chiều chuyểnđộng của dòng khí

M – khoảng cách giữa các dãy xiclon

d – đường kính ống tâm của một xiclon con

v – vận tốc vào của dòng khí trên tiết diện sống của dãy xicloncon đầu tiên, m/s Có thể nhận v = 10 14 m/s

Xiclon chùm có thể làm việc với khí thải có nhiệt độ t 2000C và tổn thất áp suất lênđến 250mmHg

Sức cản khí của xiclon chùm không kể bộ phận dẫn khí vào, ra được xác định theocông thức:

∆p = v2, PaTrong đó: - hệ số cản cục bộ

– khối lượng đơn vị của khí đi vào bộ lọc,ứng với nhiệt độ và

áp suất trong bộ lọc, kg/m3

V – vận tốc quy ước của khí quy về cho toàn tiết diện ngang củaxiclon con Có thể nhận V 2,5 m/s

V MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG TÍNH TOÁN TRONG CYCLON

VẬN TỐC TRUNG BÌNH TRÊN MẶT CẮT NGANG PHẦN HÌNH TRỤ CỦAVÀI LOẠI CYCLON

TRỌNG LƯỢNG RIÊNG CÁC HẠT BỤI

Phụ thuộc vào bản chất hóa học mà mỗi loại bụi có trọng lượng riêng khác nhau Cầnphải phân biệt:

Trọng lượng riêng đặc là trọng lượng riêng của khối vật liệu đặc

Trọng lượng riêng xốp của tập hợp các hạt bụi lắng là tỷ số của trọng lượng khối bụivới thể tích khối bụi lắng

HIỆU QUẢ THU BẮT BỤI

Hệ số lọt bụi: k = 1 -()

Hiệu quả lọc bụi được xác định cho từng nhóm hạt bụi có hàm lượng Φi (phần trămkhối lượng) và hiêu suất thu bắt của toàn bộ được xác định theo công thức:

CHIỀU CAO LÀM VIỆC

 Chiều cao làm việc của xiclon

 HP-chiều cao thân hình trụ của xiclon

 a- chiều cao ống dẫn vào

SỐ VÒNG QUAY CỦA DÒNG KHÍ TRONG THÂN XICLON

 Số vòng quay n của dòng khí trong thân xiclon:

2

 - vận tốc tiếp tuyến trung bình bên trong xiclon

 - bán kính trung bình

ĐƯỜNG KÍNH HẠT BỤI NHỎ NHẤT THU LẠI TRONG XICLON

 Đường kính hạt bụi nhỏ nhất thu lại trong cyclon là:

THỜI GIAN LƯU BỤI TRONG XICLON

 Thời gian lưu bụi trong cyclone là:

18

• ν － hệ số nhớt động học m2/s

• d- đường kính hạt bụi m

• - tốc độ góc của hạt bụi

• n- số vòng quay của hạt bụi trong cyclon

•  vàκ － trọng lượng riêng của bụi và không khí kg/m3

Mặc dù xiclon có cấu tạo khá đơn giản nhưng dạng chuyển động của dòng khí bêntrong xiclon rất phức tạp và do đó việc tính toán tổn thất áp suất cũng như hiệu quảlọc bằng lý thuyết gặp rất nhiều khó khan Tuy nhiên một số mô hình tính toán lýthuyết đơn giản hóa dựa trên cơ sở quan sát thực nghiệm cũng có thể cho phép tagiải quyết được vấn đề và dung làm cơ sở cho việc tính toán đánh giá mức độ hoànthiện của thiết bị

Áp suất động ứng với vận tốc tiếp tuyến của dòng khí đi vào ống thoát bán kính

Chênh lệch áp suất cần thiết để tạo ra vận tốc dọc trục thoát ra ngoài của dòng khí.Theo tính toán của W.Barth trị số này được xác định bằng biểu thức:

VI ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA XICLON KHÔ

1 Ưu điểm:

 Không có phần chuyển động nên tăng độ bền của thiết bị

 Có thể làm việc ở nhiệt độ cao(5000C)

 Thu hồi bụi ở dạng khô

 Trở lực hầu như cố định và không lớn (250 – 1500) N/m2

 Làm việc ở áp suất cao

 Năng suất cao, giá thành rẻ

 Hiệu suất không phụ thuộc vào sự hay đổi nồng độ bụi

 Chế tạo đơn giản

2 Nhược điểm:

 Hiêu quả vận hành kém khi hạt bụi có kích thước nhỏ < 5 m

 Khaông thể thu hồi bụi kết dính