LỌC BỤI TÚI VẢI

Nguyên tắc tác dụng và cơ sở vật lý của quá trình lọc bụi qua túi vảiKhi dòng khí chứa bụi các hạt rắn, giọt dịch thể chuyển động qua lớp vảixốp, lớp cốc… có khả năng làm lắng các hạt bụ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

thứ 2 – tiết 11,12

Tp.HCM,29/11/2014

DANH SÁCH NHÓM VÀ PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

STT Họ và tên Mã số sinh

viên Phân công công việc

1 Huỳnh Lê Bảo

Phương 2009120106

Nguyên tắc tác dụng, cơ sở vật lý

và cơ chế

2 Lê Văn Rê 2009120099 Phân loại, cấu tạo thiết bị lọc túi

vải và các loại xơ

5

Khưu Nguyễn Mỹ

Hằng 2009120008 Tổng hợp tài liệu, đánh word.

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, chúng ta không thể phủ nhận được sự phát triển

vượt bậc của nền kinh tế cũng như khoa học kỹ thuật của thế giới Cùng với sự

phát triển ấy, mức sống của con người cũng được nâng cao và nhu cầu cảu con

người cũng thay đổi Tuy nhiên, hệ quả của sự phát triển ấy là một loạt các vấn đề

về môi trường như trái đất nóng lên, ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước,mực nước biển dâng lên hay biến đổi khí hậu Trước thực trạng ấy con người đã

có ý thức bảo vệ môi trường, ý thức về việc bảo vệ mối trường

Ngày nay ô nhiễm không khí đang là một vấn đề đáng quan tâm của ViệtNam cũng như toàn thế giới Vì vậy việc xử lý bụi và khí thải trong quá trình sảnxuất là điều tất yếu phải có để bảo vệ môi trường

Do đó việc thiết kế một hệ thống xử lý bụi trong nhà máy trước khi thải ramôi trường không khí là hết sức cần thiết để đảm bảo sư phát triển bền vững Nóiđến hệ thống lọc bụi khô thường người ta nghĩ đến lọc bụi bằng cyclone và lọc

bụi bằng tay áo Trong đó lọc bụi bằng tay áo cho hiệu quả cao hơn, thậm chí cóthể đạt đến hiêu quả 100% Với đề tài “ hệ thống máy lọc tay áo (túi vải)” sẽ giúpchúng ta hiểu rõ hơn về cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của thiết bị xử

lý bụi này

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

I NGUYÊN TẮC TÁC DỤNG VÀ CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH LỌC BỤI QUA TÚI VẢI 7

II CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH LỌC 9

1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc 9

2 Cơ chế của quá trình lọc 10

III CÁC LOẠI XƠ DÙNG TRONG THIẾT BỊ LỌC 11

1 Nhóm xơ là những chất thiên nhiên 12

1.1 Vật liệu xơ được chế tạo từ xenlulo 12

1.2 Vật liệu chế tạo từ protein 12

2 Nhóm xơ là những chất hóa học 12

IV PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO CÁC THIẾT BỊ LỌC TÚI VẢI 15

1 Phân loại 15

2 Nguyên lý lắp đặt và tính toán thiết bị 16

2.1 Nguyên lý lắp đặt 16

2.2 Tính toán thiết bị lọc 16

3 Cấu tạo thiết bị 18

3.1 Thiết bị lọc bụi ống tay áo nhiều đơn nguyên, giũ bụi bằng cơ cấu rung và thổi khí ngược chiều .18

3.1.1 Cấu tạo 18

3.1.2 Nguyên lý hoạt động 19

3.1.3 Ưu nhược điểm của thiết bị 20

3.2 Cấu tạo thiết bị lọc bụi ống tay áo có khung lồng và có hệ thống phụt không khí nén kiểu xung lực để giũ bụi .20

3.2.1 Cấu tạo 20

3.2.2 Nguyên lý hoạt động 21

3.2.3 Ưu và nhược điểm của thiết bị có hệ thống phụt khí nén 21

V ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA THIẾT BỊ LỌC BỤI TÚI VẢI 22

VI ỨNG DỤNG 22

1 Quy trình công nghệ xử lý bụi Ximăng: 23

2 Ưu nhược điểm của công nghệ 24

2.1 Ưu điểm 24

2.2 Nhược điểm 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 25

THIẾT BỊ LỌC BỤI TÚI VẢI

Giới thiệu chung về thiết bị lọc tay áo

Thiết bị lọc tay áo là thiết bị lọc vải có vật liệu lọc dạng tay áo hình trụ vàlắp vào một thiết bị hoàn chỉnh có kèm cơ giới để rủ bụi

Thiết bị gồm nhiều ống tay áo đường kính 125÷ 300mm, chiều cao từ

2÷ 3,5m đầu dưới liên kết vào bản đáy đục lỗ tròn bằng đường kính túi vải hoặc

lồng vào khung và cố đinh đầu trên vào bản đục lỗ

Thiết bị lọc tay áo có hiệu quả cao đối với tất cả các kích thước bụi đặc biệtbụi có kính thước nhỏ hơn 10µm Chúng được sử dụng rộng rãi trong các nghànhcông nghiệp luyện kim, đúc, công nghiệp xi măng, sản xuất vật liệu xây dựng như

đá vôi, sản xuất gạch , công nghiệp đồ gốm…

I Nguyên tắc tác dụng và cơ sở vật lý của quá trình lọc bụi qua túi vải

Khi dòng khí chứa bụi (các hạt rắn, giọt dịch thể) chuyển động qua lớp vảixốp, lớp cốc… có khả năng làm lắng các hạt bụi Phương pháp lọc bụi này sửdụng rộng rãi trong công nghiệp

Vải dùng để lọc được chế tạo từ vật liệu dạng sợi (bông, len, thủy tinh, sợitổng hợp) có đường kính từ vài µm đến hàng chục µm với chiều dài vài cm từnhững sợi riêng biệt được se lại thành chỉ và dệt thành vải Bụi do các chất thăng

hoa có kích thước nhỏ hơn nhiều so với kích thước lỗ rỗng trung bình của vải lọc,

do vậy vải sạch khó có khả năng lọc các hạt bụi có kích thước nhỏ Tuy nhiêntrong thực tế, khí chứa bụi chuyển động qua lớp vải nguyên chất lại có khả năng

bị lắng, kết quả này là do quá trình va chạm của các hạt bụi với sợi vải làm cáchạt bụi lắng trên đó

Các sợi vải không có khả năng thấm khí nên dòng khí qua lỗ rỗng của vải,còn các hạt bụi có trong dòng sẽ chuyển động theo nhiều hướng khác nhau Cáchạt bụi có kích thước lớn, khối lượng của chúng lớn chịu ảnh hưởng của lực quántính nên duy trì các hạt bụi chuyển động theo hướng thẳng Tuy nhiên chúng khắcphục trở lực ma sát của dòng để chạm vào các sợi và bám trên đó Các hạt bụi có

kích thước nhỏ bị dòng khí cuốn theo và chuyển động bao quanh sợi Sở dĩ các

hạt này vẫn có thê va đập vào sợi là do chuyển động nhiệt, còn ảnh hưởng của lựcquán tính thì nhỏ nên các hạt đó vẫn bám vào sợi

Với các hạt nhỏ, xác suất va chạm của các hạt với sợi dưới ảnh hưởng củalực quán tính là hàm của tiêu chuẩn không thứ nguyên, trong giới hạn tác dụngcủa định luật Stốc được biểu thị theo công thức:

Stk=

Trong đó:

d: đường kính hạt bụi, m

: tốc độ dòng khí, m/s

: khối lượng riêng hạt bụi, kg/m3

µ: hệ số nhớt động lực học của khí trong điều kiện thực nghiệm N.s/m2, kG.s/m2D0: đường kính của sợi, m

Trị số Stk càng lớn càng nhiều hạt bụi va chạm vào sợi

Biểu thị là tỷ số khối lượng các hạt bụi lắng trên sợi đơn độc dưới ảnh

hưởng của lực quán tính với toàn bộ khối lượng của hạt qua sợi đó Nói cách khác,

là hiệu quả lắng các hạt bụi lên một sợi dưới ảnh hưởng của các lực quán tính.Thừa nhận các hạt bụi va chạm vào sợi và bám trên đó không bị tách ra hoặc

bị dòng khí cuốn theo thì trị số Stk xác định đại lượng và Stk càng lớn thì càng

lớn

Quan hệ giữa Stk và được nhiều tác giả nghiên cứu nhưng không đưa ra

kết quả cụ thể Trong quá trình lọc thực tế trị số Stk và không lớn

Thí dụ, với các hạt bụi lớn có đường kính ~ 4 , khối lượng riêng của hạt4.5g/cm3, tốc độ khí qua vải lọc~ 1.2m/s (vải len) có đương kính sợi ~30 ,khi nhiệt độ khí 80℃thì giá trị =16% Với hạt bụi có đường kính nhỏ hơn 1

có gần như bằng 0 Tuy nhiên nếu đặt nhiều lớp vải khí chứa bụi qua đó sẽ chohiệu quả thu bụi đáng kể dưới tác dụng của lực quán tính

Các hạt bụi nhỏ và nhẹ dễ bị dòng khí cuốn theo qua khe hở (đường kính <

1 ) giữa các sợi vải (lỗ rỗng) Xác suất va chạm của các hạt bụi này với sợi

dưới tác dụng của lực quán tính có giá trị bằng 0, đặc biệt đối với các sợi có đường

kính lớn ( hàng chục ) Tuy nhiên đối với các hạt bụi nhỏ chịu tác dụng chuyển

động nhiệt của các phân tử khí là chủ yếu Nếu hạt bụi có kích thước càng nhỏ,ảnh hưởng sự va đập càng lớn, hạt bụi càng bị lệch ra khỏi quỹ đạo chuyển động

càng xa Do vậy khi dòng khí chứa bụi ở gần sợi, các hạt bụi có thể chạm vào bềmặt sợi dưới tác dụng chuyển động nhiệt và lắng trên bề mặt sợi

Nếu biểu thị là hiệu quả lắng các hạt bụi lên mặt sợi dưới tác dụng củachuyển động nhiệt, khi đó tính theo công thức (khi nhiệt độ khí <100℃)

Biết các giá trị , và thừa nhận các hạt bụi do quá trình thăng hoa, tốc độ

khí qua lớp vải không lớn, đồng thời không tính đến sự lắng bụi trực tiếp và quá

trình lắng bụi dưới tác dụng của lực tĩnh điện và hiệu quả lắng qua một lớp vải cóthể xác định ( )

Như đã nêu trên, tổng số , là tỷ số khối lượng các hạt bụi lắng trên một

sợi dưới tác dụng của lực quán tính và lực chuyển động nhiệt trên toàn bộ khối

lượng bụi Tuy nhiên sợi có đường kính D0 chỉ chiếm một phần chiều rộng củavải lọc D (D = khe hở + D0) cho nên ứng với một đơn nguyên lọc sẽ lắng bụi ít

hơn tỷ số , nghĩa là:

= ( + )

Nếu vải lọc được chế tạo gồm nhiều lớp, lớp tiếp theo sẽ lọc bụi với lượng ít

hơn, do vậy hiệu quả lọc qua nhiều lớp bằng:

= 100[1-(1 - )n], %

Trong đó:

n: số dãy sợi trong lớp vải lọc

II Cơ chế của quá trình lọc

1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc

Nhiệt độ của khí thải cần xử lý thuờng phải bé hơn 2500c: vì vải lọc chỉ chịu

được độ bền nhiệt thấp nên khi nhiệt độ khói thải cao thì sẽ làm cho vải lọc bị

cháy Vì vậy, để lọc bụi các loại khí ở nhiệt độ cao cần phải làm nguội khí trướcquá trình lọc hoặc sử dụng những túi vải co tính chịu nhiệt cao (vải thủy tinh…).Vận tốc của dòng khí thải khi đưa vào quá trình lọc thường từ 0.5-2 cm/s.Nếu vận tốc lớn bụi sẽ lèn chặt quá mức làm cho sức cản tang đột ngột Khi độsụt áp lớn và độ giảm vận tốc tang cao, các hạt xuyên sau vào lớp bụi và vải, làmphá hủy lớp bụi được tạo thành ban đầu và lôi kéo các hạt đặc biệt qua các khegiữa các sợi Khi vận tốc lọc tang các hạt bụi xuyên qua các khe tang đột ngộtngay sau khi hoàn nguyên Ngoài ra khi vận tốc lọc cao yêu cầu phẩi thường xuyênhoàn nguyên làm chóng hỏng vải và các cơ cấu của thiết bị Vậy để đảm bảo độtin cậy của thiết bị khi làm việc và đạt hiệu quả lọc cao, cần có bề mặt lọc lớn cakhông nên hoàn nguyên vật liệu lọc quá sau

Quá trình lọc có hiệu quả tốt hơn khi nồng độ bụi cao, vì nếu nồng độ thấpthì lớp bụi tạo thành mất nhiều thời gian Đồng thời khi hoàn nguyên lớp bụi đượctạo thành khong phun vào dòng khí mà bị phân hủy để tạo thành chất keo tụ có

kích thước lớn, vì trong trường hợp này xác suất lắng bụi lặp lại trên vải giảm và

nó dễ dàng rơi xuống bunke Phần lớn bụi có kích thước nhỏ hơn 5µm dễ keo tụ

để tạo thành chất kết tụ bền vững trong dòng khí, trong thể tích và trên bề mặt vải,

do đó có thể sử dụng thậm chí vải có độ rỗng lớn để lọc đặc biệt với vận tốc bé

Diện tích bề mặt vải lọc phải đủ lớn để làm tăng diện tích tiếp xúc giữa bụi

và sợi vải, từ đó làm tăng độ dính bám của bụi Để tăng diện tích tiếp xúc giữ bụi

và vải lọc người ta thường sử dụng nhiều ống tay áo( giảm đường kính của ốngtay áo) trong một thiết bị thay vì dùng ít ống tay áo lớn trong cùng thiết bị

Chất liệu của vải lọc: phải có độ bền cơ học, nhiệt độ cao để phù hợp vớicác loại khí thải khác nhau

Sức cản của thiết bị lọc không nên vượt quá 750- 1500 Pa và chỉ trongnhững trường hợp đặc biệt có thể cho phép lên đến 2-2.5 KPa Khi sức cản tăngcao, có thể xảy ra hiện tượng như ống tay áo bị rách đường khâu, bị bật ra khỏicác mối liên kết với hộp thiết bị

2 Cơ chế của quá trình lọc

Khi bụi lắng lên sợi, kích thước khe hở giữa chúng giảm, do vậy các hạt bụi

có trong dòng khí đến tiếp theo sẽ lắng nhanh hơn Cho nên sau khi một lượng khíchứa bụi đi qua lớp sợi thì các khe hở trên bề mặt vải về phía dưới thực tế bị cáchạt bụi điền đầy, dòng khí bụi chuyển đến sau sẽ đi qua khe hở giữa các hạt bụi

bị lắng Lớp bụi này là lớp đầu tiên trực tiếp dính bám lên sợi vải

Khi lớp bụi tạo thành đạt kích thước nào đó, kích thước khe hở giữa các hạt

sẽ bằng và nhỏ hơn kích thước hạt Lúc đó lớp bụi lắng đầu tiên làm nhiệm vụ lọcbụi của khí, lúc này các hạt bụi lắng này không xuyên sâu vào trong vải mà lắng

ở ngoài (trên bề mặt lớp đầu tiên) làm chiều dày lớp bụi lắng tăng lên

Thời gian đầu, khi lớp vải còn sạch nên lớp vải lọc chỉ thu một phần bụi củadòng khí mặc dù dòng khí qua nhiều lớp vì giá trị , nhỏ và theo chiều sâu của

lớp thì giá trị của chúng càng giảm Khi lỗ rỗng trên vải lọc được điền đầy các hạtbụi, hiệu quả làm sạch khí tăng lên và đến khi lớp bụi tạo thành dày đặc đầu tiênthì hiệu quả lọc bụi trở nên cực đại

Thí dụ với lớp vải len, khi lớp thứ nhất có lớp bụi dày đặc lượng bụi chiếm

~ 60 ÷ 80 g/m2 Đối với vải xơ thủy tinh thì từ 5÷ 10 g/m2

Ảnh hưởng của lớp bụi đối với hiệu quả lọc của vải với hạt đường kính

Vải len dày có

lông

Theo mức độ lắng của các hạt bụi trên vải và sự điền đầy chúng ở những lỗrỗng, chiều dày lớp bụi tăng lên đồng thời làm tăng trở lực qua lớp vải lọc, giảmkhả năng cho khí bụi qua Để loại trừ hiện tượng trên cần tái sinh vải lọc (phá vỡlớp bụi tạo thành)

Quan sát sự làm việc của thiết bị lọc vải thấy rằng, sự đập mạch của dòng

và các nguyên nhân khác của lớp bụi lắng đã tạo khe nức làm dòng khí dễ chuyển

động qua lớp vải Để tái sinh lớp vải lọc dùng phương pháp rung cơ học hoặc thổi

dòng khí ngược về phía mặt vải không có bụi lắng

Thiết bị lọc túi vải có thể có nhiều ngăn trong đó mỗi ngăn có thời gian phụchồi túi vải (tái sinh) từ 3÷ 4 phút đến vài giờ

Sau khi tạo lớp bụi sơ cấp trên vải thì các hạt bụi qua hầu như được thu lạihoàn toàn Vì vậy tính chất lớp vải (cấu tạo và chiều dày của sợi…) ảnh hưởng ít

đến mức độ thu bụi Khi lớp bụi trên vải bị phá vỡ, tạo khe nức tính chất của vải

sẽ ảnh hưởng đến mức thu bụi, vì dòng khí qua các khe nức có tốc độ lớn có thểkéo theo bụi trên lớp vải

Mỗi lần tái sinh vải lọc, lớp bụi sơ cấp lại được tạo thành lúc đó một phần

khí qua không được làm sạch hoàn toàn Quá trình tái sinh túi vải phụ thuộc vào

các nhân tố: phương pháp tái sinh, độ phân tán bụi, các tính chất và cấu tạo vải,

các đặc tính lý – hóa – cơ học về mặt cơ học

III Các loại xơ dùng trong thiết bị lọc

Trong thiết bị lọc túi vải, khí bụi cần làm sạch không những có nhiệt độ cao

mà còn chứa những chất có tác dụng hóa học: SO2, HCl, Cl2,HF… nên cần chọn

vải lọc đảm bảo độ bền nhiệt hóa Các xơ tự nhiên như bông gai và xơ nhân tạo

như visco chủ yếu là vật chất xenlulo Thí dụ trong bông chứa 94÷ 95% (theo khốilượng) chất xenlulo

 Vải lọc được chọn phải đáp ứng các tính năng sau:

- Khả năng chứa bụi cao và sau khi phục hồi đảm bảo hiệu quả lọc cao

- Giữ được khả năng cho khí xuyên qua tối ưu

- Có độ bền cơ học cao khi nhiệt độ cao và trong môi trường ăn mòn

- Có khả năng phục hồi cao

- Giá thành thấp

1 Nhóm xơ là những chất thiên nhiên

Vật liệu xơ được chế tạo từ xenlulo

Các xơ được chế tạo từ xenlulo như bông gai, visco Các tính chất hóa lý và

cơ học của nhóm này xác định bởi tính chất của xenlulo Xenlulo không có tính

bền về hóa học, tính bền cơ học bị giảm nhanh khi tác dụng với axit vì bị thủyphân Thí dụ trong dung dịch có 1.5% axit HCl ở nhiệt độ 90°, xơ bông sẽ bị phá

hoại qua 1 giờ, đối với xenlulo trong dung dịch trên cũng bị phá hoại như vậy do

xenlulo có độ bền hóa học kém, nên xơ của nó không dùng chế tạo túi lọc khí có

axit

1.2 Vật liệu chế tạo từ protein

Vật liệu xơ từ các chất có protein chịu axit tốt hơn so với xenlulo Các axit

có nồng độ yếu chỉ làm giảm một phần độ bền xơ len Tuy nhiên khi tăng nhiệt

độ và nồng độ axit trong dung dịch độ bền xơ giảm nhanh Xơ len có tính đàn hồi

tốt khi ở nhiệt độ thấp và nếu không có tác dụng hóa học thì có thể làm việc lâudài trong thiết bị lọc Phần lớn các nhà máy luyện kim màu dùng vải bông len làmtúi lọc, đảm bảo làm việc tốt với các bụi tạo thành do quá trình thăng hoa, các túinày có trở lực thay đổi đều đặn Nhiều nhà máy dùng túi lọc khâu, nên trong quátrình làm việc mép khâu là chỗ yếu nhất Ngành dệt Liên Xô trước đây đã chế tạotúi vải không có mép khâu, đồng thời để tăng độ bền xơ len cho thêm xơ capron

Nhược điểm của xơ len là độ bền nhiệt thấp: khi nhiệt độ >100 xơ len trở

nên cứng và giòn Tiếp tục tăng nhiệt độ lên đến 130 xơ len bị phá hoại rất

nhanh Vì vậy khi dùng túi lọc bằng xơ len phải làm nguội trước khi lọc Ngoài

ra, trong nhiều trường hợp tính bền hóa học của xơ len không đảm bảo

Hiện nay túi lọc bằng xơ len vẫn còn dùng phổ biến trong luyện kim chưa

được thay thế bằng những vật liệu mới, vì xơ tổng hợp, xơ thủy tinh xuất hiệnchưa lâu, việc ứng dụng chúng vào thực tế còn bị hạn chế

Trong nhóm xơ thiên nhiên còn phải kể đến xơ chịu nhiệt có tính bền hóa

học và tính chịu nhiệt cao Tuy nhiên, vì tính bền cơ học kém (giòn) nên khó chếtạo túi vải bằng xơ chịu nhiệt nguyên chất Để tăng tính bền của vải và tạo chất

lượng cần thiết cho thêm 15 20% bông vào sợi chịu nhiệt Do giảm nhanh về độ

bền hóa học và nhiệt, nên loại này không áp dụng trong thực tế (túi lọc)

2 Nhóm xơ là những chất hóa học

Nhiều nước trên thế giới phát triển sản xuất các vật liệu tổng hợp, tạo nênloại xơ hóa học mới có tính ưu việt so với bông, len Nguyên liệu để sản xuất xơtổng hợp là axetylen, etylen, phenol và các chất khác lấy từ thiên nhiên, dầu mỏ,khí mỏ, nhựa than