Nguyên tắc chung của xyclone ướt

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 3 1. Tổng quan về bụi.................................................................................................. 4 1.1. Phân loại ........................................................................................................ 4 1.1.1. Phân loại bụi theo nguồn gốc ..................................................................... 4 1.1.2. Phân loại bụi theo kích thước..................................................................... 4 1.1.3. Phân loại bụi theo tác hại ........................................................................... 5 1.2. Tác hại của bụi .............................................................................................. 5 2. Tổng quan cyclone ............................................................................................... 6 2.1. Khái niệm ...................................................................................................... 6 2.2. Cấu tạo........................................................................................................... 6 2.3. Nguyên lý hoạt động ..................................................................................... 6 2.4. Phân loại ........................................................................................................ 9 3. Nguyên tắc chung của xyclone ướt ...................................................................... 9 3.1. Cấu Tạo ......................................................................................................... 9 3.2. Nguyên Lý Hoạt Động ................................................................................ 10 3.3. Cơ chế hoạt động......................................................................................... 11 4. Cyclone chùm kiểu ướt ...................................................................................... 12 4.1. Cấu tạo......................................................................................................... 12 4.2. Cơ chế hoạt động......................................................................................... 12 4.3. Ưu điểm và nhược điểm .............................................................................. 13 4.3.1. Ưu điểm.................................................................................................... 13 4.3.2. Nhược điểm.............................................................................................. 13 5. Cyclone LIOT có màng nước............................................................................. 13 5.1. Cấu tạo......................................................................................................... 13 5.2. Cơ Chế Hoạt Động ...................................................................................... 13 5.3. Ưu và nhược điểm ....................................................................................... 14 5.3.1. Ưu điểm.................................................................................................... 14 5.3.2. Nhược điểm.............................................................................................. 14 6. Cyclone ướt nhiều van (cánh hướng dòng)........................................................ 14 26.1. Cấu tạo......................................................................................................... 14 6.2. Cơ Chế Hoạt Động ...................................................................................... 14 6.3. Ưu và nhược điểm ....................................................................................... 15 6.3.1. Ưu điểm.................................................................................................... 15 6.3.2. Nhược điểm.............................................................................................. 15 7. Kết Luận............................................................................................................. 15 8. Ưu nhược điểm................................................................................................... 15 8.1. Ưu Điểm ...................................................................................................... 15 8.2. Nhược Điểm ................................................................................................ 16 9. Ứng Dụng........................................................................................................... 16 Tài Liệu Tham khảo .................................................................................................... 17 3MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự tiến bộ và phát triển của khoa học kỹ thuật khéo theo sự phát triển mạnh mẽ của các nghành sản xuất công nghiệp nông nghiệp dịch vụ làm cho bộ mặt đất nước thay đổi nền kinh tế phát triển đời sống con người được nâng cao. Cùng với đó là sự hình thành và phát triển các nhà máy xí nghiệp các khu công nghiệp, khu chế xuất và các trại chăn nuôi. Tất cả sự thay đổi này đều hướng đến việc phục vụ nhu cầu của con người, tạo điều kiện sống tốt hơn. Bên cạnh những mặt tích cực đó là những vấn đề tiêu cực cấp thiết cần được quan tâm hiện nay, đó là việc thải ra các chất bẩn đa dạng và độc hại đang làm cho tình trạng môi trường ngày càng xấu đi ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe và đời sống con người. Các chất thải này gây ô nhiễm môi trường tác động xấu tới con người động thực vật đất đai và cả những công trình kiến trúc nhân tạo. Nếu môi trường tiếp tục bị ô nhiễm sẽ dẫn đến hậu quả nghiêm trọng cho loài người. Vì vậy vấn đề cấp thiết hiện nay là phải xử lý ô nhiễm môi trường và hướng tới các ngành sản xuất sạch. Một trong những môi trường đang bị ô nhiễm nặng nề nhất có môi trường không khí. Không khí là yếu tố bắt buộc có để duy trì được sự sống nhưng hiện nay nó đã và đang bị ô nhiễm rất nặng do sự phát triển của con người và khoa học kỹ thuật hiện đại. Hiện nay con người đã nhận thức được sự nguy hiểm của nó và đang có những giải pháp bảo vệ môi trường bằng cách xử lý nguồn gây ô nhiễm hạn chế sự suy thoái của môi trường không khí. Có rất nhiều công nghệ để xử lý ô nhiễm không khí tùy theo từng mục đích, bản chất nguồn gây ô nhiễm và từng loại ô nhiễm khác nhau. Một trong các chất gây ô nhiễm không khí là bụi. vì vậy việc xử lý bụi là một vấn đề khó khăng. Hiện nay có rất nhiều công nghệ để xử lý bụi, như dùng buồng lắng, dùng thiết bị lọc bụi quán tính, lọc bụi túi vải một trong những thiết bị thường được dùng là cyclone ướt. 41. Tổng quan về bụi  Bụi là một tập hợp nhiều hạt, có kích thước nhỏ bé, tồn tại lâu trong không khí dưới dạng bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung nhiều pha gồm hơi khói mù. Các loại bụi nói chung thường có kích thước từ 0,001 – 10( ) bao gồm tro, muội, khói và những hạt chất rắn tồn tại dưới dạng hạt rất nhỏ, chuyển động theo kiểu Brown, hoặc rơi xuống đất với tốc độ không đổi theo định luật Stock.  Bụi lắng có kích thước lớn hơn 10 , thường rơi nhanh xuống đất theo định luật Newton với tốc độ tăng dần. Các loại bụi này thường gây tác hại cho da, mắt, gây nhiễm trùng, gây dị ứng. 1.1. Phân loại Có thể phân loại bụi theo nhiều cách 1.1.1. Phân loại bụi theo nguồn gốc Phân loại Điển hình Bụi kim loại Mn, Si, gỉ sắt, Bụi cát, bụi gỗ Hạt bụi cát, bụi mù gỗ Bụi động vật Lông, xương bột, ... Bụi thực vật Bụi bông, bụi gai, ... Bụi hoá chất Graphit, bột phấn, bột hàn the, bột xà phòng, vôi, ... 1.1.2. Phân loại bụi theo kích thước Phân loại Kích thước ( ) Bụi bay 0,00110 Các hạt mù 0,1 - 10 Các hạt khói 0,001 - 0,1 Bụi lắng >10 51.1.3. Phân loại bụi theo tác hại Phân loại Điển hình Bụi gây nhiễm độc Pb, Hg, benzen, ... Bụi gây dị ứng Bụi gây ung thư Nhựa đường, phóng xạ, các chất brom ... Bụi gây xơ phổi bụi silic, amiang, ... 1.2. Tác hại của bụi Bụi gây tác hại đến da, mắt, cơ quan hô hấp, tiêu hoá. Tổn thương đường hô hấp. Các bệnh đường hô hấp như viêm mũi, viêm họng, viêm phế quản, viêm teo mũi do bụi crom, asen, ... Các hạt bụi bay lơ lửng trong không khí bị hít vào phổi gây tổn thương đường hô hấp. Khi ta thở, nhờ có lông mũi và màng niêm dịch của đường hô hấp mà những hạt bụi có kích thước lớn hơn 5 bị giữ lại ở hốc mũi tới 90%. Các hạt bụi có kích thước 2-5 dễ dàng vào tới phế quản, phế nang, ở đây bụi được các lớp thực bào vây quanh và tiêu diệt khoảng 90% nữa, số còn lại đọng ở phổi gây nên bệnh bụi phổi và các bệnh khác (bệnh silicose, asbestose, siderose, ...) Bệnh phổi nhiễm bụi. Thường gặp ở các ngành khai thác chế biến vận chuyển quặng đá, kim loại, than, vv... Bệnh silicose. Là bệnh do phổi bị nhiễm bụi silic ở thợ khoan đá, thợ mỏ, thợ làm gốm sứ, vật liệu chịu lửa, ... chiếm 40-70% trong tổng số các bệnh về phổi. Ngoài ra còn có các bệnh asbestose (nhiễm bụi amiang), aluminose (bụi boxit, đất sét), siderose (bụi sắt). Bệnh ngoài da. Bụi có thể dính bám vào da làm viêm da, bịt kín các lỗ chân lông và ảnh hưởng đến bài tiết mô hôi, có thể bịt các lỗ của tuyến nhờn, gây ra mụn, lở loét ở da, viêm mắt, giảm thị lực, mộng thịt. 6Bệnh đường tiêu hoá. Các loại bụi có cạnh sắc nhọn lọt vào dạ dày có thể làm tổn thương niêm mạc dạ dày, gây rối loạn tiêu hoá. Bụi gây chấn thương mắt, Bụi kiềm, bụi axit có thể gây ra bỏng giác mạc làm giảm thị lực. Bị hoạt tính dễ cháy nổ nếu nồng độ cao, khi tiếp xúc với tia lửa dễ gây cháy nổ rất nguy hiểm. 2. Tổng quan cyclone 2.1. Khái niệm Cyclone Là thiết bị lọc ly tâm kiểu đứng , thiết bị lọc bụi này hình thành lực ly tâm để tách bụi ra khỏi không khí. Nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. 2.2. Cấu tạo 2.3. Nguyên lý hoạt động Khi dòng khí và bụi chuyển động theo một quỹ đạo tròn ( dòng xoáy ) thì các hạt bụi có khối lượng lớn hơn các phân tử khí sẽ chịu tác dụng của lực ly tâm văng ra phía xa trục hơn, phần gần trục xoáy lượng bụi sẽ rất nhỏ. Nếu ta giới hạn dòng xoáy trong một vỏ hình trụ thì bụi sẽ va vào thành vỏ và rơi xuống đáy. 7Lực 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 thuận với trọng lượng vật thể và tốc độ quay quanh trục của vật thể. Trong đó: P - Lực ly tâm đặt lên vật thể (N) 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) Người ta lợi dụng nguyên lý này để chế tạo ra thiết bị Cyclon lắng bụi. Cấu tạo Cyclon như sau: Cyclon là thiết bị hình trụ tròn có miệng dẫn khí vào ở phía trên. Không khí vào cyclon 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 tâm thoát ra ngoài. Hạt bụi trong dòng không khí chảy xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khí vào chuyển động xoáy. Lực ly tâm gây tác động làm hạt bụi sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ ngoài cyclon. Đồng thời, hạt bụi sẽ chịu tác động của sức cản không khí theo chiều ngược với hướng chuyển động, kết quả là hạt bụi dịch chuyển dần về vỏ ngoài của cyclon, va chạm với nó, sẽ mất động năng và rơi xuống phễu thu. Ở đó, hạt bụi đi qua thiết bị xả đi ra ngoài. Giải các phương trình toán về chuyển động của hạt bụi đơn lẻ trong cyclon, người ta 8có được các công thức tính sau: D - Đường kính hạt bụi nhỏ nhất thu lại trong cyclon là (m) Thời gian hạt bụi lưu trong cyclon là: Trong đó: ν - Hệ số nhớt động học (m2/s) d - Đường kính hạt bụi (m) Ω - Tốc độ góc của hạt bụi (rad/s) N - Số vòng quay của hạt bụi trong cyclone (vòng) - Trọng lượng riêng của bụi và không khí (kg/mμ và 3) R1- Bán kính ống tâm (m) R2- Bán kính phần hình trụ của cyclon m. Các công thức trên chỉ có tính lý thuyết, cho tới nay vẫn không có đủ các công thức chỉ rõ mối liên hệ lý thuyết đủ để tính hết các kích thước cấu tạo nên Cyclon. Vì thế, trong thực tế, người ta không thiết kế cyclon theo lý thuyết mà tính chọn cyclon theo các loại cyclon chuẩn đã được chế tạo, thử nghiệm và đo đạc các thông số cần thiết. Các loại Cyclon của Liên Xô thiết kế thử nghiệm có tốc độ khí trên cửa vào từ 15- 25 m/s, và thường được dùng lọc bụi có đường kính d = 6 ÷ 10 µm với hiệu suất 75 ÷ 85% và lọc bụi có đường kính d >20 µm với hiệu suất 92 ÷ 95%. Các loại Cyclon thường có đường kính phần hình trụ D = 400; 500; 630 và 800 mm. Các kích thước hình học khác của cyclon tỷ lệ với đường kính phần hình trụ D. Đường đặc tuyến làm việc của Cyclon có dạng đường thẳng trên biểu đồ có thang chia theo hàm logarit biểu thị quan hệ giữa lưu lượng và trở lực của dòng khí qua 9Cyclon. Cyclon thường làm việc trong khoảng trở lực 140 ÷ 170 kg/m2 với vận tốc tối ưu cho mỗi loại cyclon. 2.4. Phân loại Theo chế độ làm việc mà người ta chia làm 2 loại: cyclone khô và ylone ướt 3. Nguyên tắc chung của xyclone ướt Cyclone ướt là một thiết lọc bụi kiểu ươt. Là thiết bị lọc bụi dựa vào nguyên lý sử dụng lực ly tâm kết hợp với nguyên lý tiếp xúc giữa dòng khí mang bụi với dòng chất lỏng, bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và thải ra ngoài dưới dạng cắn bùn. 3.1. Cấu Tạo Cyclone ướt là một cyclone nên cũng có những bộ phận những bộ phận cơ bản của một cyclone và có thêm bộ phận dẫn nước. 10 1. Quạt khí 2. Ống dẫn khí vào 3. Ống tâm 4. Đường dẫn nước vào 5. Bể chứa nước 6. Bể chứa bùn 7. Thân hình trụ đứng 8. Thân hình phễu 9. Van tháo xả bụi 10. Đĩa phân phối nước 3.2. Nguyên Lý Hoạt Động Cyclon ướt hoạt động theo nguyên lý lọc ly tâm kết hợp với nguyên lý tiếp xúc giữa dòng khí với dòng chất lỏng, bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và thải ra ngoài dưới dạng cắn bùn. Cơ chế hoạt động: Dòng khí được đưa vào xyclon nhờ ống dẫn khí theo phương tiếp tuyến với thân xyclon, tạo thành dòng chuyển động xoáy trong xyclon. Những hạt bụi một phần do va đập vào thành thân thiết bị rơi xuống dưới do lực ly tâm. Phần bụi còn lại do dòng nước phun ra từ đầu ống phân phối nước dạng lưới bắn trúng, kết dính và theo dòng nước đi xuống đáy thiết bị. Phần bụi này được xả ra ngoài nhờ ống xả bùn, và được đi vào quá trình xử lý bùn. Khí sau khi xử lý đi ra khỏi thiết bị nhờ ống dẫn khí (ống tâm) ra ngoài. Bản chất của quá trình này là sử dụng dòng chất lỏng (nước,) để kết dính bụi kết hợp với lực ly tâm để tách bụi ra khỏi dòng khí. Quá trình này được xem như một quá trình hấp phụ. Chất hấp phụ là dòng chất lỏng (được sử dụng nhiều nhất là nước) chất bị hấp phụ là bụi và một số chất dễ hòa tan. Do quá trình hấp phụ nay nên một số khí độc trong dòng khí này cũng được loại bỏ ra khỏi dòng khí. 0 11 Các Loại Cyclone ướt Cyclone ướt pisơ – antony Cấu tạo 1. Cánh tản khí 2. Đĩa ở trung tâm 3. Hệ thống phun nớc 4. Miệng dẫn khí 6. Cần van 7. Cặn 8. Ống nớc cấp vào vòi phun 3.3. Cơ chế hoạt động Dòng khí được đưa vào xyclon nhờ ống dẫn khí theo phương tiếp tuyến với thân xyclon, tạo thành dòng chuyển động xoáy trong xyclon. Nước được phun ra từ rất nhiều đầu phun nhỏ của hệ thống phun đặt ở trục của xyclon.Bụi trong dòng khí bị các tia nước bắt và rơi xuống đáy thiết bị. Khí sạch qua bộ phận khử sương rồi thoát ra ngoài. Tuy nhiên,trong một số trường hợp, nếu thân của thiết bị đủ cao thì người ta không cần thiết kế bộ phận khử sương. 12 4. Cyclone chùm kiểu ướt 4.1. Cấu tạo Cyclone chùm kiểu ướt được thiết kế gồm nhiều cyclone nhỏ tạo thành. 1. Vỏ thiết bị 2. Hộp khí chứa bụi 3. Khoang xã nước tưới 4. Hộp khí sạch 5. Ống loa thoát khí 6. Ống ngắn 7. Ống dẫn khí hình côn 8. Vòi phun nước chữ T 4.2. Cơ chế hoạt động Nguyên lý hoạt đông của cyclone chùm kiểu ướt là dựa vào lực ly tâm và nguyên lý tiếp xúc giữa dòng khí mang bụi với chất lỏng. Khí chứa bụi được đưa vào miệng vào của các ống hình côn có bộ phận chuyển động xoắn ốc, ở miệng vào của các ống hình côn có vòi phun nước chữ t. Nhờ sức ly tâm do dòng khí gây ra, nước được xé nhỏ thành giọt mịn và cùng với bụi đập vào thành ống rồi chảy xuống ngăn 3, tại đây nước và cặn bùn được thải ra ngoài. Khí sạch ở lõi giữa của các ống côn 7, và ống ngắn 6 (thực chất là các cyclone để ngược) đi theo ống loa thoát khí 5 vào hộp khí sạch 4 rồi thoát ra ngoài. 13 4.3. Ưu điểm và nhược điểm 4.3.1. Ưu điểm Thiết bị có nhiều cyclone con cấu thành nên diện tích tiếp xúc lớn dẫn đến năng suất và hiệu quả lọc cao. Lọc được hạt bụi nhỏ, hạ được nhiệt độ khí thải 4.3.2. Nhược điểm Thiết bị gồm nhiều cyclone con nên cấu tạo phức tạp, chi phí thiết kế cao, việc xử lý nước sau khi ra khỏi thiết bị khó khan Một số lưu ý khi thiết kế Cyclone chùm kiểu ướt là năng suất lọc của thiết bị được thiết kế từ 4250- 9300 m3/h cho 1 cyclon con và tỉ lệ nước phun 0.54- 0.74 l/m3. Sức cản khí động của thiết bi nằm trong khoảng 1000 – 2000 Pa. tùy thuộc vào lưu lượng cần lọc, có thể lắp 8- 12- 18 cyclon con, phần tử tiếp xúc trong một bộ lọc 5. Cyclone LIOT có màng nước 5.1. Cấu tạo 5.2. Cơ Chế Hoạt Động Ở phía trên của thân hình trụ có lắp các mũi phun nước (phân phối nước đều). Nước được phun ra theo chiều thuận với chuyển động xoắn ốc của dòng khí bên trong cyclone và phải tạo ra được màng nước mỏng chảy từ trên xuống dưới và láng khắp mặt trong của thân cyclone. Khi đi vào cyclone từ dưới lên trên bằng ống dẫn vào nối theo phương tiếp tuyến 14 với vỏ trụ của cyclone để tạo cho dòng khí có chuyển động xoắn ốc. Ống thoát khí ra cũng nối theo phương tiếp tuyến với vỏ trụ thuận chiều quay xoắn ốc của dòng khí bên trong cyclone. 5.3. Ưu và nhược điểm 5.3.1. Ưu điểm Có hiệu quả cao do dòng nước và dòng khí được bơm từ dưới lên 5.3.2. Nhược điểm Phải dung áp lực đẩy nươc và khí từ dưới lên làm tốn năng lượng, khó khăn cho việc xử lý cặn bùn 6. Cyclone ướt nhiều van (cánh hướng dòng) Là thiết bị có cấu tạo khá đơn giản với chuyển động xoắn ốc của dòng khí được tạo ra bởi hệ thống van – cánh hướng dòng. 6.1. Cấu tạo 1. Cánh ổn định dòng khí 2. Vòi phun nước 3. Cánh xoắn dòng 4. Thùng chứa nước và cắn bùn 5. Bơm 6.2. Cơ Chế Hoạt Động Bên trong thiết bị nước được phun bằng vòi lên bề mặt nón che bộ phận xoắn dòng để tạo thành màng nước ở rìa nón che và dòng khí đi qua màng nước để được làm sạch bụi. Ở đây không cần phun nước với áp suất cao và nhiều trường hợp cũng không cần thùng chứa nước cắn bùn bên dưới thiết bị. 15 6.3. Ưu và nhược điểm 6.3.1. Ưu điểm Thiết bị có hiệu quả lọc cao do thời gian tiếp xúc giữa dòng khí và dòng lỏng dài, khí được bơm ngược từ dưới lên và nước phân phối từ trên xuống làm tang hiệu quả của quá trình 6.3.2. Nhược điểm Thời gian lọc lâu công suất nhỏ, phải có quá trình xử lý nước sau xử lý Một số thiết bị thường gặp thiết bị được chế tạo với các cỡ đường kính 300 – 3600mm. Năng suất lọc từ 700 – 100000 m3/h và tổn thất áp suất 50 – 380 mm. 7. Kết Luận Cyclone ướt là một thiết bị lọc bụi ly tâm theo kiểu ướt. Nguyên lý hoạt động dựa vào lực ly tâm và nguyên lý tiếp xúc giữa dòng chất lỏng và dòng chất khí. Bản chat quá trình là dung chất lỏng để tách bụi ra khỏi dòng khí nhờ quá trình háp phụ và kết dính. 8. Ưu nhược điểm 8.1. Ưu Điểm  Có thể làm việc nhiệt độ và độ ẩm cao.  Làm việc tốt ở áp suất cao.  Năng suất lọc bụi cao ( 99% ) do quá trình ly tâm và kết hợp với sự kết dính của bụi.  Có thể thu hồi bụi ướt. cyclone ướt là phương pháp xử lý bụi kiểu ướt sử dụng chất lỏng để kết dính các hạt bụi với nhau nên có thể thu hồi ( lọc ) được cả bụi khô và bụi ướt.  Có thể xử lý một số khí độc. Do thiết bị sử dụng chất lỏng để kết dính các hạt bụi lại vói nhau, mà trong dòng khí thải có những chất bị hấp phụ ( hấp thụ ) bởi dòng chất lỏng đó nên sẽ xử lý được một số khí độc 16  Làm giảm nhiệt độ khí thải. Khi dòng khí mang nhiệt độ cao tiếp xúc với dòng lỏng được đưa vào sẽ diễn ra sự tiếp xúc, kết dính và trao đổi nhiệt của các chất nên khi dòng khí ra khỏi thiết bị sẽ có nhiệt độ nhỏ hơn lúc dòng khí đi vào thiết bị.  Kết dính được những hạt bụi nhỏ với nhau. Những hạt bụi lớn có thể bị lực ly tâm tác động và rơi xuống đáy t