TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LỌC BỤI KẾT HỢP GIỮA XYCLON VÀ TÚI VẢI CÔNG SUẤT 10M3/PHÚT Trở lực xyclone

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LỌC BỤI KẾT HỢP GIỮA XYCLON VÀ TÚI VẢI CÔNG SUẤT 10M3/PHÚT Trở lực xyclone

Mục lục

1 MỞ ĐẦU 4

1.1 Nhiệm vụ - mục tiêu đề tài 4

1.1.1 Nhiệm vụ đề tài 4

1.1.2 Mục tiêu đề tài 4

2 NỘI DUNG 5

2.1 CHỤP HÚT 5

2.1.1 Lý thuyết 5

2.2 QUẠT HÚT 7

2.2.1 Trở lực trên đường ống dẫn 7

2.2.2.Trở lực xyclone 8

2.2.3.Trở lực túi vải.(tính trong phần túi vải) 8

2.2.7 Công suất quạt 8

2.2.8 Công suất thiết lập động cơ điện 9

2.3.3 Ưu điểm-nhược điểm 9

Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (có thể đến 500oC) Thu hồi bụi ở dạng khô Trở lực hầu như cố định và không lớn (250 ÷ 1500 N/m²) Làm việc tốt ở áp suất cao Năng suất cao Hiệu quả không phụ thuộc nồng độ bụi - Nhược điểm : Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5 Không thể thu hồi bụi kết dính 2.3.4 Các kích thước cơ bản của xyclon 10

2.3.5 Tính toán xyclon 11

2.4.3 Các phương pháp tái sinh túi vải: 16

3 KẾT LUẬN 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LỌC BỤI KẾT HỢP GIỮA XYCLON

VÀ TÚI VẢI CÔNG SUẤT 10M 3 /PHÚT

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

1 MỞ ĐẦU.

1.1 Nhiệm vụ - mục tiêu đề tài.

1.1.1 Nhiệm vụ đề tài

- Tính toán thiết kế hệ thống lọc bụi kết hợp giữa xyclon và túi vải

- Chọn lựa phướng án thiết kế, bố trí phù hợp để xây dựng mô hình thực tế

1.1.2 Mục tiêu đề tài

- Tim hiểu và nắm bắt các công nghệ xử lý bụi hiện nay

tham khảo và học hỏi, ứng dụng cho các hệ thống xử lý bụi lớn sau này

2 NỘI DUNG.

Phần này trình bày kỹ cơ sở lý thuyết và tính toán các thông số cho từng thiết bị trong

hệ thồng xử lý bụi để xây dựng mô hình

Thông số đầu vào:

Khối lượng riêng của không

- Sự thay đổi tốc độ trên trục của chụp hút phụ thuộc vào góc mở α của chụp Góc

 Đối với chụp có góc mở 60o: vmax ≈ vtb

- Vận tốc trung bình được xác định:

L

v tb = , m/s

- Vận tốc tại 1 điểm bất kỳ trong phần kéo dài của chụp như sau:

 Đối với chụp tròn hoặc vuông:

s m y x

r v

2 max× +

=

 Đối với chụp hình chữ nhật có cạnh a > b :

s m y a b

a h

h v

5 , 0

2

2 max

Chọn nguồn tỏa có kích thước hình chữ nhật và với diện tích 0,16 × 0,06 m

17 ,

2.2 QUẠT HÚT.

Có nhiệm vụ hút khí chứa bụi và duy trì vận tốc trong đường ống

Để tính được các thông số chụp hút, ta phải tính được các thông số trở lực sau:

H : Trở lực trên hệ thống

B : Áp suất tại chỗ đặt quạt

2.2.7 Công suất quạt

2.2.8 Công suất thiết lập động cơ điện.

2.3.2 Nguyên tắc hoạt động

Không khí có lẫn bụi đi qua ống 1

theo phương tiếp tuyến với ống trụ 2

và chuyển động xoáy tròn đi xuống

phía dưới, khi gặp phễu 3 dòng

không khí bị đẩy ngược lên chuyển

động xoáy trong ống 4 và thoát ra

ngoài Trong quá trình chuyển động

xoáy ốc lên và xuống trong các ống

các hạt bụi dưới tác dụng của lực ly

tâm va vào thành,mất quán tính và

rơi xuống dưới Ở đáy xyclon người

ta có lắp them van xả để xả bụi, van

xả 5 là van xả kép 2 cửa 5a và 5b

không mở đồng thời nhằm đảm bảo

luôn cách ly bên trong xyclon và

thùng chứa bụi không cho không

khí lọt ra ngoài

2.3.3 Ưu điểm-nhược điểm

- Ưu điểm:

Không có phần chuyển động

Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (có thể đến 500 o C).

Thu hồi bụi ở dạng khô.

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

Làm việc tốt ở áp suất cao.

Năng suất cao.

Hiệu quả không phụ thuộc nồng độ bụi.

- Nhược điểm :

Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5µm

Không thể thu hồi bụi kết dính.

2.3.4 Các kích thước cơ bản của xyclon

Loại xyclon

Hiệu suấtcao

Truyềnthống

Năng suất cao

(1)(2)

(3)(4)

(5)(6)

1

11

1 1

0.44

0.50.5

0.750.8

0.21

0.250.25

0.3750.35Đường kính ống dẫn khí ra

De/D

0.50.4

0.50.5

0.750.75Chiều cao ống dẫn khí ra S/D 0.5

0.5

0.6250.6

0.8750.85

1.4

21.75

1.51.7

2.5

22

2.5 2

0.4

0.250.4

0.3750.4

Nguồn: cột (1) và (5) theo Stairmand,1951, cột (2),(4),(6) theo Swift,1969, cột (3) theoLapple,1951

2.3.5 Tính toán xyclon

Chiều cao thân Lb/D 2 0.6

Số vòng xoáy trong xyclon:

vòng

L L

1 2

m m

m

phút m

m s

m t

m m

phút m

R

Q

) 75 0 (

/ 10 4 4

Thời gian lưu khí trong xyclon:

s s

m

m V

6 15 0

m kg h

phút phút

m

m h

m kg

V N

W d

g p i e pc

µ π

ρ ρ π

µ

97 3 10

97

.

3

/ 1 1600 /

60 /

889 6

2

075 0 / 075 0 9 2

ρp: khối lượng riêng của bụi, kg/m3

ρg: khối lượng riêng của khí, kg/m3

Hiệu quả thu bụi của phân tử có kích thước bất kỳ:

/ 1

1

pj pc

j

d d

Hiệu quả thu bụi của tất cả các phân tử

M : tổng khối lượng của các phân tử

mỏng (nhẹ hơn) làm từ sợi thủy tinh và sợi tổng hợp, loại này không chịu được sự chảinhưng mức độ bền sợi và mật độ phân bố của chúng cao hơn nhiều so với các loại vảidày.

Vải lọc phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

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

- Giữ được khả năng cho khí xuyên qua tối ưu,

- Độ bền cơ học cao khi nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn ,

- Có khả năng phục hồi được,

- Giá thành thấp

Tuy nhiên các vật liệu lọc hiện có không thỏa mãn hết các tính chất trên nên tùytừng điều kiện mà chọn loại vải lọc phù hợp Các loại vải lọc phổ biến hiện nay là:bông, len, vải tổng hợp, vải thủy tinh:

 Vải bông: tính lọc tốt và giá thấp nhưng không bền hóa học và nhiệt, dễ cháy

 Vải tổng hợp: những năm gần đây thì vải tổng hợp đã từng bước thay thếbông và len do chúng có độ bền cao,trong đa số các trương2 hợp thì giá của chúng rẻ

nghệ hóa chất và luyện kim màu

2.4.2 Thiết bị lọc bụi túi vải:

a Cấu tạo:

Thiết bị lọc bụi túi vải thường có hình trụ: được giữ chặt trên lưới ống và được trang

bị cơ cấu giũ bụi, gồm các phần chính sau:

- Buồng lọc bụi gồm: buồng làm sạch và buồng khí sạch;

- Túi lọc bụi: làm bằng các loại vải lọc đường kính từ 125 – 300mm, chiều cao từ2,5 – 3,5m (hoặc hơn), đầu liên kết vào bản đáy đục lỗ tròn bằng đường kính của ốngtay áo hoặc lồng vào khung và cố định một đầu vào bản đục lỗ;

- Không khí mang bụi vào thiết bị được khống chế trong khoảng nhiệt độ từ 70 – 180

không khí sạch qua túi lọc đi từ trong ra ngoài hoặc từ ngoài vào trong và theo buồngkhí sạch thoát ra ngoài

- Sau khoảng thời gian T đặt trước, khi bụi đã bám nhiều trên mặt vải lọc làm cho sứccản của chúng tăng làm lưu lượng khí qua chúng giảm ảnh hưởng tới năng suất lọc,khi đó ta tiến hành giũ bụi: Động cơ hút và van gió chính đóng lại, van rũ bụi mở ra.Khí nén với áp lực lớn qua buồng làm sạch xả vào túi lọc làm rung các túi lọc hay ta

dùng phương pháp rung lắc thủ công hoặc cơ khí để rung lắc túi vải Hạt bụi được rơixuống ở đáy buồng thu bụi

- Sau khi rũ xong, van thu hồi liệu mở ra, hạt bụi được thu hồi

- Sau đó mở van gió chính và động cơ hút làm việc

- Quá trình hoạt động tương tự cho các chu trình tiếp theo

2.4.3 Các phương pháp tái sinh túi vải:

Có hai phương pháp chính để tái sinh vải lọc:

- Sự rung lắc các đơn nguyên lọc (cơ học, khí động bằng cách xung động hoặc thayđổi đột ngột hướng của dòng khí, tác động của các dao động âm,…)

- Thổi ngược chiều các đơn nguyên lọc bằng khí sạch hoặc bằng không khí

Trong nhiều thiết bị sử dụng cả hai phương pháp tái sinh.

Sự rung lắc cơ học hiệu quả nhất đối với các túi vải lọc theo hướng dọc, nhưngphương pháp này làm cho túi vải bị mòn mạnh đặc biệt là ở phần dưới Sự rung lắccần phải ngắn và đột ngột nhưng không quá mạnh để tránh các lực cơ học lớn vào vải

Sự dịch chuyển dao động các phần bên trên của túi lọc theo phương ngang gây màimòn ít hơn nhưng kém hiệu quả hơn Sự dao động các túi vải theo phương ngangthường được sử dụng cho các loại vải mỏng với bề mặt nhẵn

Sự rung lắc khí động được thực hiện bằng cách cấp xung lượng không khí néntrong lòng mỗi đơn nguyên lọc Áp suất dư của không khí nén dùng để tái sinh từ 0,4 –0,8 MPa; thời gian xung lượng từ 0,1 – 0,2 giây Lưu lượng thổi không khí nén là 0,1– 0,2% lượng khí sạch

Nguyên tắc làm việc của bộ lọc với sự thổi ngược dòng như sau: một vòngkhuyên rỗng chuyển động lên, xuống dọc theo túi vải, qua vòng khuyên này có mộtdòng không khí nén vận tốc cao chạy theo hướng xuyên tâm và thổi bụi về hướngngược với sự lọc Không khí được đưa đến vòng khuyên nhờ quạt cao áp hoặc máynén khí qua các ống mềm Sự phá vỡ các lớp bụi chính là kết quả đồng thời của việcvật liệu lọc bị uốn lượn do các vòng khuyên cộng với sự thổi của các dòng với vận tốc

10 – 30 m/s vào lớp bụi

Những đặc tính kỹ thuật của bộ lọc với phương pháp tái sinh vải lọc bằng sựthổi ngược dòng như sau: Hiệu quả lọc bụi đến 99%, nồng độ bụi khi ra khỏi thiết bị

khuyên 6 – 15 m/phút; vận tốc của dòng không khí thổi 10 – 30m/s; lưu lượng tối ưu

– 6,2mm, áp suất của không khí dùng để thổi 6 – 8 KPa

2.4.4 Ưu và khuyết điểm:

tỏng công nghiệp do chi phí không cao, có thể phục hồi vải lọc

- Khuyết điểm: dễ cháy nổ, độ bền nhiệt thấp, theo thời gian thì trở lực của vải lọccàng tăng cần có thời gian giũ bụi hay thay đổi vải lọc

2.4.5 Công thức tính toán lựa chọn kích thước cà số lượng vải lọc:

 Hiệu suất làm việc của bề mặt lọc:

v

r v

C

C

= η

 Diện tích một túi vải:

4

2

t t

t

D l

 Số lượng túi vải:

L = Dt n2 + (n2-1) d1+2 d2

n1 – số túi phân bố theo hàng ngang,

n2 – số túi phân bố theo hàng dọc,

d1 – khoảng cách giữa các túi,

 Chiều cao thiết bị:

H = h1 + h2 + h3

Với: h1: chiều cao phần thân

h2: chiều cao phần phễu thu bụi

h3: chiều cao phần còn lại

 Bề dày thiết bị:

C P D S

h k

2Với:

C0: hệ số qui tròn kích thước

C1 : hệ số bổ sung do bao mòn hoá học

C2: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học

C3: hệ số bổ sung do dung sai âm

Dt: đường kính qui đổi

P : áp suất tính toán trong thiết bị

δk:giới hạn bền

ϕh: hệ số bền mối hàn

 Trở lực của thiết bị:

) 2

/

v A

Khối lượng riêng của bụi đi vào thiết bị: ρb = 1600 (kg/m3 )

Khối lượng riêng của khí: ρk = 1 , 01 (kg/m3 )

Vận tốc khí thải vào thiết bị: w = 15 (m/s)

Chọn túi lọc tay áo có: Dt: l = (16 – 30) : 1

- Chiều dài túi vả: l = 600 (mm)

 Chọn thiết bị lọc túi vải có hệ thống rung lắc cơ học để giũ bụi

Chọn vải len có năng suất lọc cao, biến động độ sạch ổn định, dễ phục hồi độ bền

 Diện tích một túi vải:

) ( 125 0 4

2

2

m

D l

% 85 100

m v

Với: v – cường độ lọc bụi, do yêu cầu của loại vải và khả năng xử lý mà chọn vkhác nhau, v = 15 – 200 m3/m2.h, chọn v = 100 m3/m2.h

 Số túi vải lọc:

) ( 57 125 , 0

1 , 7

túi S

S n

t

=

=

=

Do vấn đề chế tạo mô hình nên chọn số túi vải cho phù hợp Chọn số túi thiết kế gồm

cả nhũng túi hoàn lưu là 9 (túi)

 Trở lực của thiết bị:

) 2

/

v A

v A

p= × n = × =

∆

Theo “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải – tập 2” – Gs.Ts Trần Ngọc Chấn ta có:

 Thời gian lọc : Chọn thời gian rung lắc 1 đơn nguyên khoảng 1 phút, quá trìnhlọc khoảng 9 phút, còn cả chu trình làm việc khoảng 10 phút

 Tính lượng bụi thu được :

Lượng hệ khí đi vào thiết lọc bụi túi vải:

) / ( 606 01 , 1

(%) 24 , 0 01

, 1

10 444 ,

C y

ρ

Nồng độ bụi trong hệ khí tính theo phần trăm khối lượng đi ra khỏi thiết bị:

(%) 036 0 ) 85 , 0 1 ( 24 , 0 ) 1

×

r y y

Lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị:

) / ( 76 , 604 036 , 0 100

24 , 0 100 606 100

100

h kg y

y G

G

r

v v

24 , 0 100 76 , 604 100

100

h kg

y G

G G

Tính toán thiết bị: (tính toán phù hợp theo mô hình phòng thí nghiệm)

Mô hình gồm 9 túi vải, phân bố túi vải làm 3 hàng, mỗi hàng 3 túi

chứa là 300mm)

Vậy H = 600 + 150 + 650 = 1400(mm) = 1,4 (m)

Chiều dày của thiết bị: do thiết bị hoạt động ở áp suất thường nên có thể không cầntính đến chiều dày thân của thiết bị, chọn chiều dày thân bằng 3 (mm).

Chọn vật liệu là thép cacbon (CT 13) để chế tạo thiết bị

Phương pháp tái sinh bụi:

Vì là mô hình nên để đơn giản và dễ sử dụng, nhóm đưa ra phương pháp rủ bụi trênvải lọc bằng cơ học

Mô tả:

Ta dùng cơ cấu trục nâng, trục có gắn các túi vải, dùng ròng rọc kéo trục lên khoảng7-10cm, sau đó thả tự do xuống,bụi bám vào các túi vải sẽ rơi vào buồng thu bụi, đảmbảo hệ thống an toàn (Theo “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải – tập 2” –Gs.Ts Trần Ngọc Chấn)

17 0 785

Chọn chiều cao ống khói 0.4m

Chọn chiều dày đướng ống 3mm

3 KẾT LUẬN

Trong quá trình thực hiện đề tài,mắc dù nhóm đã rất cố gắng nhưng thiếu sót là điềukhông thể tránh khỏi Mong thầy và các bạn góp ý để nhóm sữa chữa để đề tài hoànthiện hơn

Cảm ơn Thầy Thái Vũ Bình và các bạn trong lớp đã góp ý kiến trong thời gian qua đểnhóm hoàn thành đề tài tốt hơn

Xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 1,2,3 – GS Trần Ngọc Chấn – NXB Khoa học và kỹ thuật

[2] Kỹ thuật thông gió – GS Trần Ngọc Chấn – NXB Xây dựng

[3] Kỹ thuật xử lý khí thải công nghiệp – PGS.PTS Phạm Văn Bôn

[4] Kỹ thuật môi trường – Dự án giáo dục và dạy nghề (VTEP) – 2008