THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI GỖ

Trong cuộc sống hiện nay gỗ đang mang đến nhiều lợi ích cho con người. Nó có mặt ở khắp mọi nơi. Gỗ làm nên những ngôi nhà, biệt thự, những nhà thờ nổi tiếng…nhỏ bé hơn gỗ dùng để đóng tường, lát sàn, làm bàn ghế, ly, chén… Để đáp ứng như cầu to lớn ấy nhiều nhà máy chế biến gỗ đã được hình thành và phát triển đảm bảo cung ứng cho thị trường trong và ngoài nước. Các nhà máy xí nghiệp gỗ đã thu hút một lượng lớn lực lượng lao động, góp phần làm cho phong phú các mặt hàng xuất khẩu của đất nước,tăng giá thu ngoại tệ, kích thích sự phát triển của các ngành nghề khác,đặc biệt là các ngành trang trí nội thất, giao thông vận tải, cơ khí chế tạo máy …

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

TP.HCM, tháng 12 năm 2015

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1

2.1 Mục tiêu 1

2.2 Các thông số ban đầu 1

2.3 Sản phẩm 1

CHƯƠNG II LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 2

1 TỔNG QUAN MỘT SỐ THIẾT BỊ XỬ LÝ 2

1.1 Buồng lắng bụi 2

1.2 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng 2

1.3 Thiết bị lọc bụi ống tay áo 4

1.4 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện 5

1.5 Thiết bị lọc bụi kiểu ướt 6

2 LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 6

2.1 Lựa chọn công nghệ xử lý 6

2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 8

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG 9

1 Vạch tuyến hệ thống hút và sơ đồ không gian hệ thống hút 9

2 Khảo sát tính lưu lượng chụp hút 9

3 Tính toán khí động của hệ thống hút bụi 11

3.1 Tính toán đường kính, vận tốc cho từng đoạn ống 11

3.2 Tính toán tổn thất áp suất do ma sát 12

3.3 Tính toán tổn thất áp suất cục bộ: 13

3.4 Tính toán tổn thất áp suất do lực nâng (Pnâng) 16

3.5 Tính toán tổn thất áp suất khí nén trên hệ thống đường ống 16

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ 17

1 Thiết kế Cyclone 17

1.1 Kích thước chi tiết của cyclone 17

1.2 Đường kính tới hạn của hạt bụi 18

1.3 Trở lực của thiết bị 21

2 Thiết kế thiết bị lọc bụi túi vải 21

2.1 Tính toán chi tiết thiết bị lọc bụi túi vải 21

2.2 Trở lực của thiết bị: 22

3 Tính toán chọn quạt hút 22

CHƯƠNG V KẾT LUẬN-KIẾN NGHỊ 24

1 KẾT LUẬN 24

2 KIẾN NGHỊ 24

CHƯƠNG VI TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

DANH MỤC HÌN

Hình 1 Buồng lắng bụi 2

Hình 2 Cấu tạo của cyclone 3

Hình 3 Thiết bị lọc bụi ống tay áo nhiều đơn nguyên 4

Hình 4 Sơ đồ cấu tạo thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống 5

Hình 5 Buồng phun hoặc thùng rửa khí rỗng 6

Hình 6 Sơ đồ công nghệ xử lý bụi 7

Hình 7 Đường biểu diễn hiệu quả lọc 20

DANH MỤC BẢN

Bảng 1: Thống kê lưu lượng trên từng thiết bị máy móc 10

Bảng 2: Thống kê lưu lượng, đường kính, vận tốc của các đoạn ống 12

Bảng 3: Tổn thất áp suất do ma sát trên tuyến ống 12

Bảng 4: Kết quả tính toán tổn thất cục bộ trên tuyến ống 15

Bảng 5: Tổng tổn thất áp suất trên tuyến ống: 15

Bảng 6: Hiệu quả lọc theo cỡ hạt 19

Bảng 7: Lượng bụi ra khỏi xyclon 20

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong cuộc sống hiện nay gỗ đang mang đến nhiều lợi ích cho con người Nó có mặt ở khắp mọi nơi Gỗ làm nên những ngôi nhà, biệt thự, những nhà thờ nổi tiếng…nhỏ bé hơn gỗ dùng để đóng tường, lát sàn, làm bàn ghế, ly, chén… Để đáp ứng như cầu to lớn ấy nhiều nhà máy chế biến gỗ đã được hình thành và phát triển đảm bảo cung ứng cho thị trường trong và ngoài nước Các nhà máy xí nghiệp gỗ đã thu hút một lượng lớn lực lượng lao động, góp phần làm cho phong phú các mặt hàng xuất khẩu của đất nước,tăng giá thu ngoại tệ, kích thích sự phát triển của các ngành nghề khác,đặc biệt là các ngành trang trí nội thất, giao thông vận tải, cơ khí chế tạo máy … Bên cạnh những lợi ích ngành gỗ còn gây ra ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường, sức khỏe công nhân làm việc và khu vực dân cư xung quanh như khí thải, bụi với hàm lượng cao, hơi dung môi…Vì vậy, thiết kế xây dựng hệ thống xử lý cho nhà máy chế biến gỗ là rất quan trọng trong việc giảm thiểu tác động đến môi trường và sức khỏe cộng đồng, đảm bảo phát triển bền vững

Bản thuyết minh tính toán, thống kê khối lượng vật liệu (Giấy A4)

Bản vẽ mặt bằng vạch tuyến thu gom được chọn (Giấy A4)

Bản vẽ sơ đồ không gian hệ thống xử lý bụi (bản vẽ A2)

Bản vẽ các mặt bằng, mặt cắt cần thiết (bản vẽ A2)

Bản vẽ chi tiết thiết bị xử lý (bản vẽ A2)

CHƯƠNG II LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

1 TỔNG QUAN MỘT SỐ THIẾT BỊ XỬ LÝ

1.1 Buồng lắng bụi

a) Cấu tạo: Là thiết bị lọc bụi đơn giản nhất Chúng có cấu tạo đơn giản, độ bền

cao, dễ vận hành và là thiết bị rẻ tiền nhất Trường hợp lọc bụi khối lượng lớn, có thể gât tắc nghẽn thiết bị lọc bụi, hoặc lọc thường xuyên, phải dùng hệ thống lọc tổ hợp nhiều thiết bị, buồng lắng được sử dụng như cấp lọc thứ nhất

Buồng lắng đơn giản nhất có dạng như hình hộp kéo dài

Hình 1 Buồng lắng bụi a) Mặt cắt dọc b) Sơ đồ không gian b) Phạm vi áp dụng: Sử dụng chủ yếu để lọc các hạt bụi thô - có tỷ trọng và kích

các loại bụi có tính bám dính cao

1.2 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng

a) Cấu tạo: Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng thường được gọi là cyclone có cấu

tạo rất đa dạng nhưng về nguyên tắc cơ bản có các bộ phận như hình 2

Hình 2 Cấu tạo của cyclone b) Nguyên lý: Trong cyclone, lực ly tâm xuất hiện khi dòng khí chuyển động

xoáy đi vào theo phương tiếp tuyến với vỏ hình trụ Dưới tác dụng của lực ly tâm, cáchạt bụi bị văng ra khỏi dòng khí đập vào thành cyclone, phần còn lại cùng với dòngkhí chuyển động xuống đáy phễu Phần khí hạ xuống đáy phễu giải phóng khỏi các hạtđược đẩy ngược lên trên và tiếp tục chuyển động xoáy, thoát ra ngoài theo ống giữa Các hạt bụi tách ra khỏi dòng khí dưới tác dụng của lực quán tính khi dòng khí

ly tâm ở trên trượt xuống đáy phễu

Tùy theo vận tốc của dòng khí đi vào ống giữa mà có một phần bụi chuyển độngtheo nó, không rơi xuống đáy phễu

Tuy nhiên sự chuyển động này không ảnh hưởng đến hiệu quả lọc, tức không làmtăng đáng kể phần bụi theo dòng khí vào ống giữa thoát ra ngoài vì khí chuển độngtrong ống giữa với chiều dài(độ cao) đáng kể và vận tốc không đủ để thắng vận tốc cáchạt hướng về thành Cyclon

c) Phạm vi áp dụng: Sử dụng lọc các loại bụi có tỷ trọng và kích thước lớn: bụi

gỗ, xi măng, thép, khói lò luyện thép…

1.3 Thiết bị lọc bụi ống tay áo

a) Cấu tạo: là dạng lưới lọc bằng vải gồm các vách ngăn mềm có dạng ống tay

áo hình trụ gắn trên khung dạng ống trong vỏ (thân) chung có bộ phận giũ bụi từ ống vào bunke và dỡ bụi từ bunke ra ngoài

Hình 3 Thiết bị lọc bụi ống tay áo nhiều đơn nguyên 1- Phễu chứa bụi;2- Cơ cấu rung để giũ;3- Ống góp;4- Ống dẫn khí chứa bụi đi vào

bộ lọc;5- Đơn nguyên thực hiện quá trình giũ;6- Van;7- Khung treo các chùm ống tay áo;8- Van thổi khí ngược để giũ bụi; 9- Ống dẫn khí sạch thoát ra.

b) Nguyên lý hoạt động: Vải lọc cho không khí đi qua, các hạt bụi lớn sẽ được

giữ lại trên bề mặt vải lọc theo nguyên lý rây, do va chạm nên các hạt nhỏ hơn sẽ bám lại trên bề mặt vải, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện, dần dần sẽ tạo nên một màn bụi dày có thể giữ lại các hạt bụi nhỏ hơn Hiệu quả lọc đạt tới 99%

c) Phạm vi áp dụng: có hiệu quả lọc đối với các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn

10m, các loại bụi không có tính bám dính hoặc ít bám dính Chúng sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp luyện kim, đúc, công nghiệp xi măng, sản xuất vật liệu xây dựng như đá vôi, nung vôi, sản xuất gạch, công nghiệp đồ gốm, sửa bột…

1.4 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

a) Cấu tạo: gồm 6 thành phần chính: hệ thống điện cực và điện cực hút; thân

(vỏ)- nơi đặt hệ thống điện cực; các bộ phận dẫn khí lọc vào, phân phối khí và dẫn khí sạch ra; bộ phận giũ bụi từ các điện cực; bộ phận chứa bụi và tháo bụi từ thiết bị ra ngoài; bộ phận cấp điện áp cao vào thiết bị

Hình 4 Sơ đồ cấu tạo thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống

1- Dây kim loại nhẵn; 2- Ống kim loại; 3- Đối trọng; 4- Cách điện; 5- Phiễu chứa bụi

b) Nguyên lý: Khí chứa bụi được dẫn qua điện trường có điện thế cao Dưới tác

dụng của điện trường khí bị ion hóa Các ion tạo thành bám trên hạt bụi và tích điện cho chúng Các hạt sau khi tích điện được qua một điện trường chúng sẽ bị hút về các cực khác dấu

c) Phạm vi áp dụng: Sử dụng tốt cho việc lọc các loại bụi nhỏ mịn nhất là bụi hô

hấp Tuy nhiên chỉ sử dụng cho các loại bụi có khả năng tĩnh điện tốt

1.5 Thiết bị lọc bụi kiểu ướt

a) Cấu tạo:

Hình 5 Buồng phun hoặc thùng rửa khí rỗng 1- Vỏ thiết bị; 2- Vòi phun nước; 3- tấm chắn nước; 4- Bộ phận hướng dòng và phân phối khí

b) Nguyên lý: Dựa vào nguyên lý tiếp xúc giữa dòng khí thải mang bụi và chất

lỏng, chất lỏng này thu gom các hạt bụi và thải chúng ra khỏi thiết bị ở dạng cắn bùn

c) Phạm vi áp dụng: Sử dụng để lọc các loại bụi nhỏ mịn hoặc khi yêu cầu lọc

bụi cao Các hạt bụi có kích thước > 35m, kết hợp lọc bụi và khử khí độc trong

phạm vi có thể, cần làm nguội khí thải, chất lỏng kết dính, không an toàn về cháy nổ

2 LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

2.1 Lựa chọn công nghệ xử lý

Việc lựa chọn một phương pháp tối ưu là một vấn đề hết sức quan trọng trong việc giải quyết ô nhiễm môi trường không khí nói chung và bụi nói riêng Làm thế nàovừa giảm nồng độ bụi, khí thải xuống mức thấp nhất dưới mức tiêu chuẩn cho phép,

mà lại vừa có hiệu quả về mặt kinh tế, phù hợp với điều kiện của nhà máy

Phương pháp lựa chọn sẽ dựa trên những nguyên tắc cơ bản sau:

 Hiệu quả cao, dễ lắp đặt, thi công

Bụi cần xử lý ở đây là bụi gỗ và ta cần thu hồi bụi gỗ này để làm nguyên nhiên liệu cho các công đoạn sản xuất khác như sản xuất ván ép, làm chất đốt cho các lò sấy.Mặt khác, do có sự khác biệt về kích cỡ bụi sinh ra ở những công đoạn khác nhau Tại các công đoạn gia công như cưa, cắt, bào tiện, phay…phần lớn chất thải đều có kích

Tại các công đoan gia công tinh như chà nhám, đánh bóng tải lượng bụi không lớn nhưng kích cỡ hạt bụi rất nhỏ thường nằm trong khoảng từ 2-20m nên dễ phát tántrong không khí Ngoài ra ở các công đoạn vận chuyển gỗ, lắp ghép đều phát sinh bụi

Vì vậy, bụi phát sinh trong nhà máy chế biến gỗ có lẫn cả bụi thô và bụi tinh Chính vì vậy ta chọn phương pháp xử lý như sau:

Hình 6 Sơ đồ công nghệ xử lý bụi

2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ

Bụi được thu gom ngay tại vị trí phát sinh từ các công đoạn sản xuất thông qua các chụp hút bố trí trên các máy công cụ Các chụp hút được nối với hệ thống ống dẫn, dưới tác dụng của lực hút ly tâm bụi theo hệ thống đường ống dẫn vào Cyclon Nhờ ống dẫn lắp theo phương tiếp tuyến, không khí sẽ chuyển động xoáy ốc bên trong thân hình trụ của cyclone Lực ly tâm gây tác động làm hạt bụi sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ ngoài xiclon Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác động của lực ly tậm làm cho chúng có xu hướng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chạm vào đó mất động năng và rơi xuống đáy phễu theo van xả bụi vào bunke chứa bụi, bụi sẽ theo vít tải được đưa vào bao chứa, lượng bụi tinh còn lại sẽ theo dòngkhí qua thiết bị lọc túi vải

Không khí lẫn bụi đi qua tấm vải lọc, ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe giữa các sợi vải sẽ giữ lại trên bề mặt vải theo nguyên lý rây, các hạt nhỏ hơn bám dính trên bề mặt sợi vải lọc do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện, dần dần lớp bụi thu được dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ được tất cả các hạt bụi có kích thước rất nhỏ Hiệu quả lọc đạt tới 99,8% và lọc được tất cả các hạt rất nhỏ nhờ có lớp trợ lọc Sau một khoảng thời gian lớp bụi sẽ rất dày làm sức cản của màng quá lớn, ta phải ngưng cho khí thải đi qua và tiến hành loại bỏ lớp bụi bám trên mặt vải Thao tác này được gọi là hoàn nguyên khả năng lọc Khí sau khi qua thiết bị lọc túi vải được dẫn ra ống thải và thoát ra ngoài không khí

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG

1 Vạch tuyến hệ thống hút và sơ đồ không gian hệ thống hút

Dựa vào mặt bằng của nhà xưởng đã có sẵn, vị trí các máy móc thiết bị cần thu gom bụi và hệ qui chiếu, ta vạch sơ đồ trên mặt bằng rồi dựng sơ đồ không gian sao cho đường ống hút bụi là ngắn nhất, thuận tiện cho thi công, sữa chữa và không cản trở tới quá trình làm việc của công nhân

Hệ thống ống dẫn bụi được vận chuyển bằng khí ép và được bố trí ống dẫn trên các máy móc thiết bị như mặt bằng, sau đó đánh số thứ tự trên các tuyến ống để tính toán áp lực của hệ thống

2 Khảo sát tính lưu lượng chụp hút

Tại các vị trí phát sinh bụi ta bố trí hệ thống hút ngay vị trí thiết bị máy móc Trên mỗi thiết bị máy móc có sẵn các dạng miệng hút bụi tương ứng, có đường kính

và số lượng tuỳ thuộc vào từng thiết bị máy móc khác nhau

Lưu lượng hút được xác định dựa vào đường kính ống hút và vận tốc hút theo công thức:

Bảng 1: Thống kê lưu lượng trên từng thiết bị máy móc

lượng

Đầu hút/

máy

Lưu lượng mỗi đầu hút (m 3 /h)

3 Tính toán khí động của hệ thống hút bụi

3.1 Tính toán đường kính, vận tốc cho từng đoạn ống

 Đoạn ống 1:Với L=650 (m3/h), chọn v = 23 (m/s)

Khi đó đường kính đoạn ống 1:

Bảng 2: Thống kê lưu lượng, đường kính, vận tốc của các đoạn ống

Tên

đoạn

ống

Lưu lượng

(m 3 /h)

Đường kính (mm)

Vận tốc (m/s)

Tên đoạn ống

Lưu lượng (m 3 /h)

Đường kính (mm)

Vận tốc (m/s)

- R: Hệ số ma sát đơn vị Dựa vào đường kính, vận tốc tra bảng phụ lục 3

trang 380 sách Kĩ thuật thông gió

- l: chiều dài đoạn ống tính toán.

- n: hệ số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của nhiệt độ không khí chuyển động trong

L (m 3 / h)

- ζ: Hệ số cản trở lực cục bộ trên đường ống tính toán.

- v: Vận tốc không khí tại đoạn ống tính toán.

- g: gia tốc trọng trường, g = 9.81 (m/s2)

2

2 1

- ζchụp : Tổn thất qua chụp hút, ζchup = 0.14 (tra bảng phụ lục 4, trang 396 sách

Kỹ Thuật Thông Gió)

- ζchụp : Tổn thất qua chụp hút, ζchup = 0.14 (tra bảng phụ lục 4, trang 396 sách

Kỹ Thuật Thông Gió)

- ζco: Tổn thất qua co, ζco=0.25 (tra bảng phụ lục 4, trang 400 sách Kỹ ThuậtThông Gió)

⇒ ∆ P cb2=0 61× 27,75=16,93 (Kg/m2)L t

L c=

650

2600=0,25

 Đoạn ống 3:

2

2 3

Bảng 4: Kết quả tính toán tổn thất cục bộ trên tuyến ống

L (m 3 /h)

v (m/s)

Chụ

p hút ()

van ()

Co ()

Chạc 3 ()

∆Pcb: Tổn thất áp suất cục bộ tại các chi tiết ống

Bảng 5: Tổng tổn thất áp suất trên tuyến ống:

Đoạn

ống

l (mm)

d (mm)

L (m 3 /h)

v (m/s) ∆Pms ∆Pcb ∆P= ∆Pms + ∆Pcb

3.4 Tính toán tổn thất áp suất do lực nâng (P nâng )

Bụi gỗ là dạng bụi có kích thước và trọng lượng tương đối lớn, do đó để thắng được vận tốc treo của nó thì cần phải có một lực đủ lớn để nâng nó lên từ ống đứng sang ống ngang Vì vậy cần phải tính tổn thất để nâng vật liệu từ dưới lên

Trong đó:

h: phần thẳng đứng của đoạn ống, h = 3(m)

 : hàm lượng theo trọng lượng cực đại của hỗn hợp gỗ ( = 0.1 – 1.5), lấy  =0.3 (kg/kg)

3.5 Tính toán tổn thất áp suất khí nén trên hệ thống đường ống

(Tính toán theo Hoàng Thị Hiền, Thiết kế thông gió công nghiệp, 2000)

Tổn thất áp suất trong hệ thống vận chuyển bụi bằng khí ép bao gồm: tổn thất do

Pnâng: Tổn thất áp suất do lực nâng

1 Thiết kế Cyclone

Yêu cầu đặt ra đối với việc tính toán thiết kế hoặc lựa chọn Cyclone là phải đáp ứng được các thông số kỹ thuật quan trọng sau đây: lưu lượng không khí cần lọc,hiệu quả lọc, tổn thất áp suất, diện tích – không gian chiếm chỗ và giá thành thiết bị

Thông thường người ta luôn ưu tiên chọn loại Cyclone có lưu lượng phù hợp đồng thời có hiệu quả lọc cao và tổn thất áp suất nhỏ Trên cơ sở đó các nhà khoa học nghiên cứu thiết kế và chế tạo Cyclone cũng luôn tìm kiếm cách xác định tỷ lệ kích thước hợp lý của Cyclone để đạt được những tính năng ưu việt nêu trên

1.1 Kích thước chi tiết của cyclone

Chọn kích thước tiêu chuẩn của Cyclone LIOT (Viện Bảo hộ lao động Leningrat – Liên Xô cũ)

Vận tốc khí ở miệng vào của xiclon theo tính toán v = 22 m/s

Đường kính ống dẫn bụi vào: d = 560 mm

0.2 x d = 0.2 x 560 = 112 mm

 Bề rộng của khối tiết diện từ thân Cyclone ở đầu ra:

0.67 x d = 0.67 x 560 = 375.2 mm

Khi đặt Cyclone vào giá đỡ, chọn khoảng cách từ mặt đất đến đáy Cyclone là464.8 mm

Kích thước bunke:

Chiều cao khối hình hộp: 1500 mm

Chiều rộng khối hình hộp: 1840 mm

Chiều dài khối hình hộp: 1840 mm

Chiều cao khối chóp: 1000 mm

Chiều dài khối chóp: 1840 mm

Chiều rộng khối chóp: 1840 mm

1.2 Đường kính tới hạn của hạt bụi

a) Đường kính giới hạn của hạt bụi:

r L

μ: hệ số nhớt động học của bụi

l= H (chiều cao thiết bị)

Ứng với điều kiện nhiệt độ không khí 30oC và áp suất khí quyển 760 mmHg ta có µ= 18.63x10-6 Pa.s