B2. LY THUYET THIET KE BUONG LANG - PHONG LANG

Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực PHÒNG LẮNG, BUỒNG LẮNG 2.1.Lắng bụi theo phương pháp trọng lực Lắng phương pháp phân riêng dựa vào khác khối lượng riêng kích thước pha tác dụng trường lực Buồng lắng phương pháp đơn giản để tách hạt rắn khỏi dịng khí tác dụng lực trọng lực Buồng lắng bụi có cấu tạo dạng hộp, khơng khí vào đầu đầu Phương pháp chủ yếu thu hồi hạt bụi có kích thước lớn 100 ÷ 2000μm Hiệu suất lọc bụi từ η = 40 ÷ 70% Dịng khí chuyển động buồng lắng với tốc độ nhỏ ωk = 0,2÷1,5m/s) * Nguyên tắc tách bụi buồng lắng bụi chủ yếu dựa trên: -Giảm tốc độ hổn hợp khơng khí bụi cách đột ngột vào buồng Các hại bụi động rơi xuống tác dụng trọng lực -Dùng vách chắn vách ngăn đặt đường chuyển động không khí, dịng khơng khí va đập vào chắn hạt bụi bị động rơi xuống đáy buồng -Ngoặt dòng chuyển động buồng 2.1.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc 2.1.1.1 Cấu tạo 2.1.1.2 Hình 2.1: Cấu tạo buồng lắng Nguyên lý làm việc Ngun lý làm việc: Cho dịng khí lẫn bụi qua phòng lắng tác dụng trọng lực bụi lắng xuống đáy phịng Để hạt lắng chiều dài phịng lắng phải đủ lớn để thời gian dịng khí qua phòng lắng thời gian lắng hạt bụi 2.1.2 Lý thuyết tính tốn Ngun tắc tính tốn buồng lắng trọng lực: Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực a.Xác định bề mặt lắng (diện tích đáy buồng lắng hay sàn lắng) theo kích thước hạt tách khỏi dịng khí b Thừa nhận số điều kiện giản ước sau: -Hạt bụi phân bố khơng gian buồng lắng -Hạt bụi có dạng khối cầu, chuyển động tuân theo định luật Stốc -Tốc độ khí bụi có giá trị đồng theo tiết diện ngang buồng lắng -Lực tác dụng dòng chuyển động đối lưu chuyển động rối lên hạt bụi không -Các hạt bụi lắng không bị dòng khỏi buồng lắng Theo định luật Stốc, ta có tốc độ lắng (rơi) tính theo công thức: d ρg , ωr = 18 μ Trong đó: (2–1) ωr : Vân tốc (tốc độ lắng), m/s d : đường kính hạt bụi, m ρ : khối lượng riêng hạt bụi, kg/m3 g : gia tốc trọng trường, m/s2 μ : hệ số nhớt động lực khí, N.s/m2 (kG.s/m2) - Thời gian hạt chuyển động theo chiều cao a (thời gian lắng hạt): τr = Trong đó: a , ωr (2-2) a : chiều cao buồng lắng, m ωr : Vân tốc (tốc độ lắng), m/s - Thời gian hạt chuyển động theo chiều dài L τ= Trong đó: L , ωk (2-3) L : chiều dài phòng lắng, m ωk : Vân tốc hạt chuyển động theo chiều dài, m/s - Điều kiện để hạt bụi lắng xuống thiết bị: τr = τ ⇔ a L = , ωr ωk (2-4) - Lưu lượng khí qua buồng lắng V = S n ωk → ωk = V V = , S n a.b (2-5) Trong đó: V: Lưu lượng khí qua buồng lắng (thể tích khí m3 qua buồng lắng 1s), m3/s Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực Sn : Diện tích mặt cắt ngang phòng lắng, m2 Từ (2-4), (2-5) ⇒ a L a L.a.b V = ⇔ = V ωr ωr V ⇒ F = L.b = ω r a.b (2-6) Trong đó: F = L.b : diện tích mặt cắt dọc phịng lắng, m2 Vậy: thể tích khí m3 qua buồng lắng 1s V = F ωr , (2-7) V d ρg 18 μ.V = ⇒d = Từ (2-1) ta có: ωr = , F 18 μ Fρg (2-8) Đây cơng thức tính kích thước hạt bụi bị lắng vào buồng lắng phía Cơng thức tính kích thước hạt nằm phía có khả bị lắng với kích thước nhỏ hơn: d= 18 μ.V h , Fρg a (2-9) Trong đó: h : khoảng cách từ hạt đến đáy buồng lắng thời điểm hạt vào buồng lắng,m Nhận xét: từ (2-9) ta thấy: Để lắng bụi nhiều buồng lắng cần tăng tiết diện đáy Do đó, khơng gian phịng lắng ta thường thiết kế đặt nhiều sàn nằm nghiêng ngang có khoảng cách chúng từ 100 ÷ 300mm Để lấy bụi ta dùng cấu quay nghiêng sàn theo định kỳ Bảng 2.1: Cách chọn tốc độ tối đa cho phép khí buồng lắng bụi Bụi Khối lượng riêng hạt bụi kg/m3 2720 2200 2780 1270 3020 Phôi nhôm Amiăng Đá vơi Tinh bột Bụi phi kim loại lị nấu luyện Oxyt chì 8260 Thép hạt 6850 Phoi gỗ 1180 Mùn cưa 1180 2.1.3 Cấu tạo số kiểu buồng lắng bụi Kích thước lắng hạt μm 335 261 71 64 117 Tốc độ tối đa cho phép khí m/s 4,3 5,0 6,4 1,75 5,6 14,7 1370 1400 7,6 4,7 4,0 6,6 2.1.3.1.Buồng lắng bụi loại đơn giản: Buồng đơn giản có cấu tạo hình hộp, rổng bên trong, nguyên lý làm việc dựa giảm tốc độ đột ngột dịng khơng khí vào buồng Buồng có nhược điểm hiệu lọc bụi khơng cao, đạt 40 ÷ 50% phụ tải khơng lớn khơng thể chế tạo buồng có kích thước q to, tốc độ vào buồng địi hỏi khơng q cao Thực tế sử dụng buồng lọc kiểu Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực a) Buồng lắng bụi dạng hộp b) Buồng lắng bụi dạng rỗng Vỏ buồng lắng; thùng chứa bụi; Van xả bụi Hình 2.2 Buồng lắng bụi loại đơn giản 2.1.3.2.Buồng lắng bụi nhiều ngăn ngăn: Có chắn khắc phục nhược điểm buồng lắng bụi loại đơn giản nên hiệu cao Trong buồng lắng bụi khơng khí chuyển động dích dắc xốy trịn nên va đập vào chắn vách ngăn hạt bụi động rơi xuống Hiệu đạt 85 ÷ 90% a) Buồng lắng có vách ngăn thẳng đứng Vỏ buồng lắng; thùng chứa bụi; Van xả bụi b) Buồng lắng bụi nhiều ngăn c) Buồng lắng bụi có chắn Hình 2.3 Các loại buồng lắng bụi 2.1.4.Ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng 2.1.4.1.Ưu nhược điểm - Ưu điểm: giản đơn thiết kế, chế tạo lắp đặt - Nhược điểm: + Hiệu suất lắng đạt từ 40 ÷ 70% + Cồng kềnh, chiếm diện tích lớn nên sử dụng 2.1.4.2.Phạm vi sử dụng Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực Mặc dầu buồng lắng bụi biện pháp rẻ tiền thiết bị cồng kềnh hiệu xử lý thường thấp so với phương pháp khác, nên thường sử dụng buồng lắng để làm sơ 2.2.Lắng bụi theo nguyên lý lực quán tính Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính thiết bị hoạt động dựa vào lực quán tính hạt bụi thay đổi chiều chuyển động đột ngột a Cấu tạo a Loại có vách ngăn b Loại có ống dẫn khí hình nón mở rộng c Loại có nhiều khoang ống hình chóp cụt b Ngun lý làm việc Cũng giống thiết bị lọc bụi trọng lực, khí bẩn đưa vào thiết bị, bụi lắng xuống dưới, khí xả vào khơng khí hay thiết bị xử lý (khi cần thiết) Nhưng thiết bị lọc quán tính, vận tốc luồng khơng khí ωk = 5÷15m/s) lớn nhiều so với thiết bị lọc bụi trọng lực Trong thiết bị, luồng khí chuyển động có thay đổi phương nhờ vách ngăn (hình 2.4a), ống dẫn khí (hình 2.4b) hay thành vỏ thiết bị Các hạt bụi (vì nặng so với khơng khí) nên lực qn tính có xu hướng giữ ngun hướng chuyển động sau hướng dịng khí thay đổi Do chúng giữ lại thành vỏ thiết bị (sau hướng dịng khí thay đổi) tác dụng trọng lực chúng lắng xuống phía thiết bị đẩy giống thiết bị lọc bụi trọng lực Trên hình 2.4c trình bày cấu tạo thiết bị lọc bụi kiểu quán tính nhiều khoang ống hình chóp cụt Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực Cấu tạo gồm nhiều khoang ống hình chóp cụt có đường kính giảm dần xếp chồng lên tạo góc hợp với phương thẳng đứng khoảng 60 o khoảng cách khoang ống khoảng từ ÷ 6mm Khơng khí có bụi đưa qua miệng vào phểu thứ nhất, hạt bụi có qn tính lớn thẳng, khơng khí phần qua khe hở chóp ống Các hạt bụi dồn vào cuối thiết bị Thiết bị lọc bụi kiểu qn tính có cấu tạo ngun lý hoạt động tương đối đơn giản nhược điểm hiệu qủa lọc bụi thấp, để tăng hiệu lọc bụi người ta thường kết hợp kiểu lọc bụi với nhau, đặc biệt với kiểu lọc kiểu xiyclone, hiệu đạt 80 ÷ 98% Phần khơng khí có nhiều bụi cuối thiết bị đưa vào xiclôn để lọc tiếp Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực Câu hỏi: 1.Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động buồng lắng hệ khí khơng đồng nhất?ư 2.Trình bày lý thuyết tính tốn buồng lắng bụi? 3.Trình bày ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng buồng lắng (phịng lắng)? Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực Thiết kế buồng lắng bụi Buồng lắng thiết bị làm việc theo nguyên lý lắng tác dụng trọng lực Cấu tạo buồng lắng hình hộp có tiết diện ngang lớn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào vận tốc khí giảm xuống nhỏ, nhờ hạt bụi có đủ thời gian để lắng xuống đáy buồng tác dụng trọng lực khơng bị mang theo dịng khí Buồng lắng áp dụng hiệu cho hạt bụi có kích thước thơ từ 60÷70μm trở lên Ngun lý buồng lắng bụi Giả thuyết tính tốn buồng lắng: Buồng lắng có cấu tạo hình hộp nằm ngang chiều dài l, chiều cao H bề rộng B Trường vận tốc dòng khí mang bụi buồng lắng khơng đổi Hạt sợi bụi rơi tác dụng trọng lực theo phương thẳng đứng Những hạt bụi tác dụng trọng lực theo phương thẳng đứng chạm đáy trước điểm N buồng lắng coi giữ lại buồng lắng Tính tốn thiết kế thông số buồng lắng Các thông số đầu vào - Khối lượng riêng hạt bụi (đối tượng cần lắng) ρb (kg/m3) - Năng suất Q, kg/h - Lưu lượng khí L (m3/h) - Hạt bụi lớn δmax (mm) - Hạt bụi nhỏ δmin (mm) - Giả thuyết làm việc nhiệt độ trời t = 35oC Hệ số nhớt động lực khơng khí áp suất khí nhiệt độ t = μ 0oC = 17,17.10-6 Pa.s Ở nhiệt độ ta tính μ có độ xác cao sau Suntherland Công thức 5-14 trang 16 (tác giả GS TS Trần Ngọc Chấn Ơ nhiễm khơng khí xử lý khí thải NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội, 2004) Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực 1, µt oC = µ t oC 387  273 + t    Pa.S 387 + t  273  Trong đó: t: nhiệt độ làm việc, (oC) Tìm vận tốc rơi vgh tra theo tốn đồ hình 5.3 trang 15 (tác giả GS TS Trần Ngọc Chấn Ơ nhiễm khơng khí xử lý khí thải NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội, 2004) biết đường kính hạt bụi hình cầu cần lắng δmin (μm) khối lượng riêng hạt bụi ρb (kg/m3) Hoặc tính theo công thức 5.13 trang 14 (tác giả GS TS Trần Ngọc Chấn Ơ nhiễm khơng khí xử lý khí thải NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội, 2004) v gh = ρ b gδ (m/s) 18µ Trong đó: vgh: vận tốc rơi hạt bụi buồng lắng, m/s ρb :Khối lượng riêng hạt bụi (đối tượng cần lắng) (kg/m3) δ = δmin (m): kích thước nhỏ hạt bụi cần lắng μ: hệ số nhớt động học khơng khí nhiệt độ bất kỳ, Pa.s Áp dụng phương trình buồng lắng, Cơng thức 6.11 trang 63 (tác giả GS TS Trần Ngọc Chấn Ô nhiễm khơng khí xử lý khí thải NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội, 2004) ta có: Bl = 18µL (m2) ρ b gδ Trong đó: B: chiều rộng buồng lắng, m l: chiều dài buồng lắng, m μ: hệ số nhớt động học khơng khí nhiệt độ bất kỳ, Pa.s L: Lưu lượng khí, m3/s ρb :Khối lượng riêng hạt bụi (đối tượng cần lắng) (kg/m3) δmin (m): kích thước nhỏ hạt bụi cần lắng Chọn chiều dài l (m) buồng lắng tìm chiều rộng B (m) buồng lắng Chọn chiều cao buồng lắng Ta có chiều cao H buồng ta chọn tùy ý với chiều cao thỏa mãn cân thời gian lắng τ thời gian lưu τ2 cỡ bụi lưu lượng khí xét Ta lấy chiều cao H1 ta được: Với H = H1 ⇒ u = L l l.B.H ⇒τ = = B.H u L Đối với hạt bụi cho v gh = ρ b gδ số kiểm tra lại chiều cao theo biểu thức: 18µ τ1 = H1 l.B.H1 = v gh L Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực Với l.B = từ công thức 6.11 trang 63 (tác giả GS TS Trần Ngọc Chấn Ơ nhiễm khơng v gh L khí xử lý khí thải NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội, 2004), điều kiện τ = τ luôn thỏa mãn với chiều cao H bất kỳ, nên ta chọn chiều cao H Chọn góc cho phễu thu bụi Ta có: hạt bụi trượt mặt phẳng nghiêng phễu thu bụi tác dụng ba lực: trọng     lực p = m.g , phản lực tiếp tuyến N lực ma sát f ms hướng ngược chiều chuyển động     Tổng hợp lực đặt lên vật: F = P + N + f ms    Ta phân tích P = Pt + Pn   Pt nằm dọc theo mặt phẳng nghiêng; Pn nằm vng góc với mặt phẳng nghiêng Thành phần      Py triệt tiêu phản lực tiếp tuyến N Do ta viết lại thành: F = Pt + f ms   Vì Pt f ms phương ngược chiều nên trị số: F = Pt − f ms Trong đó: Pt = P.Sinα = m.g sin α f ms = k Pn = k P cos α = k m.g cos α Từ ta có: F = m.g sin α − k m.g cos α Để trượt mặt phẳng nghiêng phải có điều kiện: F = m.g sin α − k m.g cos α ≥ ⇔ k ≤ tgα Theo: http://en.wikipedia.org/wiki/Friction http://www.engineeringtoolbox.com/frictioncoefficients-d_778.html ta xác định k ⇒α = ? Sau ta chọn lại α cho tất hạt bụi trượt xuống đáy dễ dàng (αchọn > α) Vận tốc dịng khí buồng lắng u= L (m / s ) 3600.B.H Trong đó: L: lưu lượng khí, (m3/h) Thời gian lắng hạt bụi buồng lắng τ1 = H (s) v gh Thời gian lưu lại dịng khí buồng lắng τ2 = l (s) u Đối với hạt bụi có kích thước δmin (kích thước hạt bụi nhỏ mà buồng lắng lắng được) thời gian kể từ lúc bắt đầu rơi đến lúc hạt bụi đạt vận tốc giói hạn ngắn so với thời gian lưu τ2, lúc ta nhận: vTB = v gh 10 Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực Ta có: h = vTB τ (m) Phải h > H tất hạt bụi có kích thước lớn δmin bị giữ lại buồng lắng Kích thước nhỏ hạt bụi mà buồng lắng lưu giữ lại, Cơng thức 6.4 trang 60 (tác giả GS TS Trần Ngọc Chấn Ô nhiễm khơng khí xử lý khí thải NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội, 2004) δ = 18.µ L (μm) ( ρb − ρ ).g.B.l Trong đó: L: lưu lượng khí, m3/s μ: hệ số nhớt động học khơng khí nhiệt độ làm việc, Pa.s ρb:khối lượng riêng hạt bụi, kg/m3 ρ = 1,2 kg/m3: khối lượng riêng khơng khí, kg/m3 Hiệu suất buồng lắng bụi theo công thức 6.13 trang 65 (tác giả GS TS Trần Ngọc Chấn Ơ nhiễm khơng khí xử lý khí thải NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội, 2004) ηδ = 5,555 ρ b g.l.B δ (%) µ L Trong đó: L: lưu lượng khí, m3/s Thiết kế van xoay Van xoay để xả liệu minh họa hình vẽ để lấy bụi khỏi buồng lắng nên lắp đáy buồng lắng Liệu sau lắng lấy nhờ van xả liệu Yêu cầu cửa xả liệu buồng lắng phải đảm bảo ln ln kín Khi buồng lắng hoạt động cửa xả khơng kín, làm việc có áp suất bên buồng lắng cao bụi xì ngồi mơi trường, làm việc áp suất thấp có tượng hút khơng khí vào làm cho độ làm giải nhiều Kích thước số vịng quay van xoay phải đảm bảo lấy hết hạt bụi máy làm việc 11 Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực Hình ảnh van xoay xả liệu Van xả liệu có nhiều dạng cánh khác hình vẽ Hình ảnh dạng cánh van xoay Xác định lưu lượng theo thể tích vật liệu cần xả Ta có lưu lượng thể tích xác định theo công thức sau: Q= G (m3/h) k ρ Trong đó: Q: Lưu lượng thể tích van xả, m3/h foot3/h (biết m3/h = 35,31466 foot3/h) G: lưu lượng khối lượng, kg/h Năng suất phải lớn suất buồng lắng ρ: khối lượng riêng hạt bụi, kg/m3 k: hệ số điều đầy, chọn tùy theo loại bụi, theo kinh nghiệm Từ lượng sản phẩm cần xả xác định ta tiến hành thiết kế van xoay cho buồng lắng mô tả hình vẽ Hình 3D van xả liệu 12 Bài 2: Làm Sạch Khí Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực Giá mô tơ, Mô tơ điện, Khớp nối, Ổ đỡ, Giá đỡ van, Thân van, Cánh van, Trục van Tùy theo chiều dài buồng lắng mà ta chọn hay nhiều van xả liệu Từ lưu lượng Q ta chọn van theo cataloge (ví dụ: Lựa chọn van xoay: chọn van xoay theo hãng ROTOLOK VALVES.Inc ( http://www.rotolok.com ) ) Hình tổng thể 3D buồng lắng Giá đỡ, Cửa buồng lắng, Thân buồng lắng, Thanh L gia cường lực, Cửa vào buồng lắng, Van xả liệu 13 ... Các thông số đầu vào - Khối lượng riêng hạt bụi (đối tượng cần lắng) ρb (kg/m3) - Năng suất Q, kg/h - Lưu lượng khí L (m3/h) - Hạt bụi lớn δmax (mm) - Hạt bụi nhỏ δmin (mm) - Giả thuyết làm việc... Trong đó: L , ωk ( 2-3 ) L : chiều dài phòng lắng, m ωk : Vân tốc hạt chuyển động theo chiều dài, m/s - Điều kiện để hạt bụi lắng xuống thiết bị: τr = τ ⇔ a L = , ωr ωk ( 2-4 ) - Lưu lượng khí qua... giản ước sau: -Hạt bụi phân bố khơng gian buồng lắng -Hạt bụi có dạng khối cầu, chuyển động tuân theo định luật Stốc -Tốc độ khí bụi có giá trị đồng theo tiết diện ngang buồng lắng -Lực tác dụng