ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI CHO NHÀ MÁY CHẾ BIẾN GỖ

Thiết bị thu hồi bụi khô hoạt động dựa trên các cơ chế lắng khác nhau: trọng lực các buồng lắng bụi, quán tính lắng bụi nhờ thay đổi hướng chuyển động của dòng khí hoặc nhờ vào vách ngăn

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI

CHO NHÀ MÁY CHẾ BIẾN GỖ

GVGD: Nguyễn Văn Hiển SVTH: Nhóm 3

Mục lục

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Nhiệm vụ thiết kế 2

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI GỖ 3

2.1 Ô nhiễm không khí do bụi 3

2.1.1 Định nghĩa 3

2.1.2 Phân loại bụi 3

2.2 Tổng quan về bụi gỗ 4

2.2.1 Nhu cầu sử dụng gỗ 4

2.2.2 Quy trình chế biến gỗ 4

2.2.3.Nguồn gốc và tính chất bụi gỗ 7

2.1.4.Tác hại của bụi gỗ 8

2.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý bụi gỗ 10

2.3.1 Phương pháp khô 10

2.3.2 Phương pháp ướt 20

2.3.3 Thiết bị lọc điện 24

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 26

3.1 Lựa chọn và thuyết minh công nghệ 26

3.1.1 Lựa chọn phương án xử lý 26

3.1.2 Thuyết minh qui trình công nghệ 27

3.1.3 Yêu cầu 27

3.2 Vạch tuyến hệ thống hút và sơ đồ không gian hệ thống hút: 27

3.3 Khảo sát tính lưu lượng của chụp hút: 27

3.4 Tính toán lưu lượng cho từng đoạn ống: 29

3.4.1 Lưu lượng của tuyến ống phụ 29

3.4.2 Lưu lượng của tuyến ống chính (tuyến bất lợi) A1-D3 30

3.5 Tính toán khí động hệ thống hút bụi 31

3.5.1 Tính toán đường kính, vận tốc cho từng đoạn ống 31

3.5.2 Tính toán tổn thất áp lực trên hệ thống đường ống tính toán 34

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÍ 46

4.1 Tính toán thiết kế Cyclon 46

4.1.1 Kích thước Cyclon 46

4.1.2 Tính toán hiệu suất xử lý của Cyclon 47

4.1.3 Tính tổn thất do sức cản thủy lực của thiết bị 51

4.2 Tính toán thiết bị lọc bụi túi vải: 52

4.2.1 Cơ sở tính toán 52

4.2.2 Tính toán lọc bụi túi vải 52

4.2.3 Trở lực của thiết bị: 53

4.3 Chọn quạt gió: 53

4.3.1 Lương lượng quạt hút 53

4.2.2 Cột áp quạt hút 53

4.2.2 Chọn quạt hút 55

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 56

5.1 Kết luận 56

5.2 Kiến nghị 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

1

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Thế giới đang trên đà phát triển mạnh mẽ về mọi mặt bao gồm cả: kinh tế, khoa học kỹ thuật Nhu cầu cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao, đòi hỏi các quốc gia phải đẩy mạnh tiến trình công nghiệp hoá và đô thị hoá để đáp ứng nhu cầu phát triển Quá trình công nghiệp diễn ra rất mạnh mẽ, bên cạnh đem lại lợi ích tuyệt vời cho cuộc sống của con người thì hệ luỵ để lại cho môi trường là cực kỳ lớn như: ô nhiễm không khí, đất, nước Trong thời gian kéo dài hằng trăm năm trước khi nền công nghiệp phát triển, các nguồn ô nhiễm nhân tạo vẫn chưa thật sự gây tác động mạnh mẽ đế môi trường không khí Các nguồn gây ô nhiễm không khí ở giai đoạn này chủ yếu là: CO, CO2, SO2, mồ hóng, tro, bụi , chúng được sinh ra từ quá trình dùng nhiên liệu để sưởi ấm

Cách mạng công nghiệp đã đưa đến cho môi trường không khí nhiều loại nguồn

ô nhiễm mới hơn như: NOx, hợp chất chì và thuỷ ngân, NH3, H2S, CH, andehit, Các nguồn ô nhiễm mới này đã khiến cho không khí ô nhiễm nặng hơn Đi kèm với quá trình công nghiệp hoá là đô thị hoá, đã làm bùng nổ phát triển giao thông bằng phương tiện cơ giới Khí thải của phương tiện cơ giới cũng là một nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí

Vấn đề ô nhiễm không khí là rất khó kiểm soát, vì nó sẽ phát tán đi xa hơn khu vực phát thải Không khí ô nhiễm sẽ gây nguy hiểm cho con người khi hít phải Ngày nay ô nhiễm không khí đang là một vấn đề đáng quan tâm của Việt Nam cũng như toàn thế giới “Ô nhiễm không khí là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc gây ra sự tỏa mùi, có mùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa (do bụi)”

Việt Nam được biết đến là nước có nguồn tài nguyên rừng khá dồi dào Gỗ đang mang đến nhiều lợi ích cho con người trong cuộc sống ngày nay Nó có mặt ở khắp mọi nơi Gỗ làm nên những ngôi nhà, biệt thự, nhà thờ nổi tiếng…, nhỏ bé hơn thì gỗ dùng để đóng tường, lát sàn, làm bàn ghế, cái ly, cái chén…Để đáp ứng nhu cầu

to lớn ấy nhiều công ty chế biến gỗ đã được hình thành Và như chúng ta đã biết, trong quá trình chế biến gỗ thì các công đoạn như bào, chà nhám, cưa, xẽ gỗ sẽ tạo ra rất nhiều loại bụi với kích thước và tính chất khác nhau gây hại đến sức khỏe của công

2

nhân và dân cư sống trong khu vực xung quanh với các bệnh về da, mắt và đặt biệt là bệnh về đường hô hấp Do đó việc thiết kế một hệ thống xử lý bụi gỗ là rất cần thiết Nhằm mục đích mang lại sự trong sạch cho môi trường tại nhà máy chế biến

gỗ để giảm tác hại tới sức khoẻ của công nhân làm việc tại nhà máy, bên cạnh đó góp phần bảo vệ môi trường xung quanh Nhóm đã quyết định đề xuất hệ thống thu gom và

xử lý bụi gỗ của công ty chế biến gỗ

1.2 Nhiệm vụ thiết kế

Mục tiêu: Thiết kế hệ thống xử lý bụi gỗ cho nhà máy chế biến gỗ

Nhiệm vụ:

+ Thuyết minh tính toán, thống kê khối lượng vật liệu,

+ Bản vẽ vạch tuyến thu gom bụi gỗ tại nhà máy,

+ Bản vẽ sơ đồ không gian của hệ thống xử lý bụi gỗ,

+ Bản vẽ mặt bằng và mặt cắt thể hiện hệ thống xử lý,

+ Bản vẽ chi tiết thiết bị xử lý bụi

3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI GỖ 2.1 Ô nhiễm không khí do bụi

2.1.1 Định nghĩa

Bụi là 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

Bụi bay có kích thước từ (0,001÷10)µm bao gồm tro, muội, khói và những hạt rắn được nghiền nhỏ, chuyển động theo kiểu Brao hoặc rơi xuống đất với vận tốc không đổi theo định luật stoke Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn thương nặng cho cơ quan hô hấp, nhất là khi phổi nhiễm bụi thạch anh (Silicose) do hít thở phải không khí có chứa bụi bioxit silic lâu ngày

Bụi lắng có khích thước lớn hơn 10µm, thường rơi nhanh xuống đất theo định luật Newton với tốc độ tăng dần Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn hại cho da,

mắt, gây nhiễm trùng, gây dị ứng…

2.1.2 Phân loại bụi

- Theo nguồn gốc:

+Bụi hữu cơ như bụi tự nhiên ( bụi do động đất, núi lửa…)

+Bụi thực vật (bụi gỗ, bông, bụi phấn hoa…)

+Bụi động vật (len, lông, tóc…)

+Bụi nhân tạo (nhựa hóa học, cao su, cement…)

+Bụi kim loại (sắt, đồng, chì…)

+Bụi hỗn hợp (do mài, đúc…)

Theo kích thước hạt bụi:

+Khi D > 10µm : gọi là bụi;

+Khi D = (0,01 ÷ 0,1) µm : gọi là sương mù;

4

+Khi D < 0,1 µm : gọi đó là khói

Với loại bụi có kích thước nhỏ hơn 0,1 µm (khói) khi hít thở phải không được giữ trong lại trong phế nang của phổi, bụi từ (0,1 ÷ 5) µm ở lại phổi chiếm (80 ÷ 90)%, bụi từ (5 ÷10) µm khi hít vào lại được đào thải ra khỏi phổi, còn với bụi lớn hơn 10

µm thường đọng lại ở mũi

- Theo tác hại:

Theo tác hại của bụi có thể phân ra:

+ Bụi nhiễm độc chung (chì, thủy ngân, benzen);

+ Bụi gây dị ứng viêm mũi, hen, nổi ban… (bụi bông, gai, phân hóa học, một số tinh dầu gỗ…);

+ Bụi gây ung thư (bụi quặng, crom, các chất phóng xạ…)

+ Bụi xơ hóa phổi (thạch anh, quặng amiang…

gian giao tiếp, phòng ngủ

Sự phong phú về bề mặt gỗ chế biến giúp các sản phẩm có được những hiệu quả

sử dụng, thẩm mỹ phong phú không khác gỗ thiên nhiên và giúp cho các nhà thiết kế thực hiện được nhiều ý tưởng mới Vì thế hiện nay trong công trình nhà ở, hơn 90% đồ nội thất đều sử dụng loại gỗ công nghiệp

2.2.2 Quy trình chế biến gỗ

Mô tả quy trình công nghệ

- Công đoạn chà nhám chi tiết hoặc sản phẩm

- Công đoạn sơn phủ bề mặt các chi tiết

Các công đoạn được mô tả lần lượt như sau:

 Cưa tẩm và sấy

Nguyên liệu là các loại gỗ vụn, gỗ khúc hoặc gỗ dạng thân cây (cao su, tràm, bạch đàn…) Được cưa ra với những kích thước thích hợp sau đó đem ngâm hay tẩm

6

hóa chất Đối với các loại gỗ khúc, gỗ vụn, trước khi đem đến công đoạn cắt, định dạng sản phẩm phải được dán keo, sau khi ghép các khúc gỗ lại, chúng sẽ được sấy bằng hơi nhiệt từ việc đốt củi để tạo những miếng lớn hơn, thích hợp cho việc cắt xén sản phẩm

Công đoạn này phát sinh bụi do các máy cưa

Công đoạn này chủ yếu sử dụng các máy tuapi, cưa mâm 2 lưỡi

Công đoạn này phát sinh bụi do các máy cưa, máy tuapi

 Chà nhám (đánh bóng) chi tiết hoặc sản phẩm

Ở công đoạn này, chi tiết (sản phẩm) trước hết sẽ được chà nhám thô các góc cạnh, bề mặt Sau đó chúng được chà tinh bằng các loại giấy nhám mịn bằng máy hoặc bằng tay

Công đoạn này phát sinh bụi sơn

Bụi phát sinh chủ yếu từ công đoạn và quá trình sau:

- Cưa xẻ gỗ để tạo phôi cho các chi tiết mộc

Tuy nhiên, có sự khác biệt đáng kể về kích thước cỡ hạt bụi và tải lượng bụi sinh

ra ở những công đoạn khác nhau Tại các công đoạn gia công thô như cưa cắt, bào, tiện, phay… phần lớn chất thải đều có kích thước lớn có khi tới hàng ngàn m Hệ số phát thải bụi ở các công đoạn trong công nghệ sản xuất gỗ được thể hiện trong bảng sau:

8

Bảng 2.1 Hệ số ô nhiễm bụi trong công nghệ sản xuất gỗ gia dụng

Bảng 2.2 Tải lượng ô nhiễm bụi và chất thải rắn

Kích thước bụi

Nguyên liệu sử dụng trong năm (tấn)

Hệ số ô nhiễm

Tải lượng ô nhiễm trong năm (kg/năm)

Bụi tinh (chà nhám) 12.000 m2 0,05 (Kg/m2) 600

2.1.4.Tác hại của bụi gỗ

Bụi gỗ có tính chất và kích thước khác nhau nếu không có biện pháp thu hồi và

xử lý triệt để, bụi gỗ sẽ gây ra một số tác động đến môi trường và sức khỏe con người

và động thực vật

2.1.4.1 Đối với con người

Bụi gỗ sau khi phát tán ra khỏi nhà máy bám vào quần áo mới giặt xong, khi mặc vào sẽ thấy ngứa ngáy khó chịu, một số trường hợp gây kích ứng da vì trong bụi gỗ có chứa hóa chất trong quá trình tẩm

Bụi gỗ vào phổi gây kích thích cơ học và phát sinh phản ứng xơ hoá phổi gây nên những bệnh hô hấp Những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10 µm có thể được giữ lại trong phổi tuy nhiên nếu các hạt bụi này có đường kính nhỏ hơn 1 µm thì nó được chuyển đi như các khí trong hệ thống hô hấp Khi có tác động của các hạt bụi tới mô

phổi, đa số xảy ra các hư hại sau đây:

- Ung thưphổi: phá hoại các mô phổi, từ đó làm tắc nghẽn sự trao đổi giữa máu

và tế bào, làm ảnh hưởng khả năng tuần hoàn của máu trong hệ thống tuần hoàn

Từ đó kéo theo một số vấn đề đáng lưu ý ở tim, đặc biệt là lớp khí ô nhiễm có

nồng độ cao

Các bệnh khác do bụi gỗ gây ra

- Bệnh ở đường hô hấp: tuỳ theo nguồn gốc các loại bụi mà gây ra các bệnh viêm mũi, họng khí phế quản khác nhau Bụi hữu cơ như bông sợi, gai, lanh dính vào niêm mạc gây viêm phù thủng, tiết nhiều niêm dịch Bụi vô cơ rắn, cạnh sắc nhọn, ban đầu thường gây viêm mũi, tiết nhiều niêm dịch làm hít thở khó khăn, lâu ngày có thể teo mũi, giảm chức năng giữ, lọc bụi, làm bệnh phổi nhiễm bụi

bụi còn có thể làm giảm thị lực, bỏng giác mạc, thậm chí gây mù mắt

Ngoài ra bụi gỗ còn gây ảnh hường tới sinh hoạt, gây mất vệ sinh…

2.1.2.2 Đối với động vật và thực vật:

Bụi còn tác hại đến sự tồn tại và phát triển của động vật và thực vật Bụi gỗ bám quá nhiều trên vỏ hoa quả, cây củ là nguyên nhân làm giảm chất lượng của các sản phẩm này, đồng thời cũng làm tăng chi phí để làm sạch chúng và giảm khả năng quang hợp của cây Bụi lắng đọng làm lấp đầy những lỗ khí khổng, bao xung quanh những hạt diệp lục thu ánh sáng cần cho quá trình quang hợp, tăng khả năng nhiễm bệnh của cây cối thông qua việc làm giảm sức sống của cây

10

2.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý bụi gỗ

2.3.1 Phương pháp khô

2.3.1.1.Thiết bị thu hồi bụi khô

Thiết bị thu hồi bụi khô hoạt động dựa trên các cơ chế lắng khác nhau: trọng lực (các buồng lắng bụi), quán tính (lắng bụi nhờ thay đổi hướng chuyển động của dòng khí hoặc nhờ vào vách ngăn) và ly tâm (các xiclon đơn, nhóm và tổ hợp, các thiết bị thu hồi bụi xoáy và động)

Các thiết bị thu hồi bụi nêu trên chế tạo và vận hành đơn giản, được áp dụng phổ biến trong công nghiệp

Tuy nhiên hiệu quả thu bụi không phải lúc nào cũng đạt yêu cầu nên chúng thường đóng vai trò xử lý sơ bộ Một số đặc trưng của thiết bị thu hồi bụi khô:

Bảng 2.3 Các thông số đặc trưng của thiết bị thu hồi bụi khô

STT Thiết bị

Năng suất tối đa (m 3 /h)

Hiệu quả xử lý Trở lực

(Pa)

Giới hạn nhiệt độ ( 0 C)

1 Buồng lắng Không giới

hạn

% 90 80 );

50 (  m 

11

a Buồng lắng bụi

Nguyên lý hoạt động của thiết bị này là lợi dụng trọng lực của các hạt bụi khi dòng khí chứa bụi chuyển động ngang trong thiết bị Khi đó hạt bụi chịu tác dụng đồng thời của hại lực tác dụng Lực tác dụng theo phương ngang do chuyển động của dòng khí và lực trọng trường Nếu lực tác động ngang nhỏ, hạt bụi có thể lắng đọng trên bề mặt của thiết bị lắng bụi Để đạt được điều đó, vận tốc chuyển động ngang của hạt bụi phải nhỏ đồng thời kích thước buồng lắng bụi phải lớn để thời gian lưu bụi càng lâu càng tốt

Buồng lắng bụi là kiểu thiết bị đơn giản nhất, trong thời gian khí đi qua thiết bị (vận tốc dòng khí nhỏ hơn (1 ÷ 2)m/s) các hạt bụi dưới tác dụng của lực trọng trường lắng xuống phía dưới và rơi vào bình chứa hoặc đưa ra ngoài bằng vít tải hay băng tải Buồng lắng bụi hoạt động có hiệu quả đối với các hạt có kích thước > 50 m, còn các hạt bụi có kích thước < 5m thì khả năng thu hồi bằng không

Ưu điểm:

- Chế tạo đơn giản

- Chi phí vận hành và bảo trì thiết bị thấp

Nhược điểm:

- Buồng lắng bụi có kích thước lớn, chiếm nhiều diện tích

- Hiệu suất không cao

Để tăng hiệu quả lọc bụi, giảm thể tích buồng xử lý người ta cải tiến đưa thêm vào các vách ngăn vào thiết bị

Một số dạng buồng lắng bụi:

a) Buồng đơn b) Buồng có vách ngăn c) Buồng nhiều tầng

c

ba

a

c

3 Bụi thu hồi

a Quỹ đạo chuyển động của bụi kích thước lớn và nặng

b Quỹ đạo chuyển động của bụi có kích thước nhỏ và nhẹ

c Quỹ đạo chuyển động của dòng khí

b Thiết bị lắng quán tính

Nguyên lý hoạt động: Khi đột ngột thay đổi chuyển hướng chuyển động của dòng khí, các hạt bụi dưới tác dụng của lực quán tính tiếp tục chuyển động theo hướng

cũ và tách ra khỏi khí, rơi vào bình chứa

Vận tốc của khí trong thiết bị khoảng 1 m/s, còn ở ống vào khoảng 10 m/s Hiệu quả xử lý của thiết bị này dạng này từ(65÷80)% đối với các hạt bụi có kích thước (25÷30 )m Trở lực của chúng trong khoảng (150÷390) N/m2

Có vách ngăn Với chỗ quay khí nhẵn

13

Cĩ chĩp mở rộng Nhập khí ngang hơng

Hình 1.3: Thiết bị lắng bụi quán tính

c Thiết bị lá xách

Các thiết bị này cĩ dãy lá chắn hoặc các vịng chắn Khí đi qua mạng chắn, đổi

hướng đột ngột, các hạt bụi do quán tính chuyển động theo hướng cũ tách ra khỏi khí hoặc va đập vào các tấm phẳng nghiêng, lắng trên đĩ rồi rơi xuống dịng khí bụi Kết quả khí được chia thành hai dịng: Dịng chứa bụi nồng độ cao (10% thể tích) được hút qua xiclon để tiếp tục xử lý, rồi sau đĩ được trộn với dịng đi qua các tấm chắn (chiếm 90% thể tích) Vận tốc khí trước mạng chĩp phải đủ cao (15m/s) để đạt hiệu quả tách bụi quán tính) Trở lực của lưới khoảng(100÷500)N/m2 Thiết bị lá xách được sử dụng

để thu hồi bụi cĩ kích thước trên 20m

Yếu điểm của lá xách là sự mài mịn các tấm chắn khi nồng độ bụi cao và cĩ thể tạo thành trầm tích làm bít kín mặt sàng Nhiệt độ cho phép của khí thải phụ thuộc vào

vật liệu làm lá chắn, thường khơng quá 450÷6000C

Hình 1.4 Thiết bị lá xách

d Xiclon

Thiết bị xiclon được ứng dụng rộng rãi trong cơng nghiệp cĩ hiệu quả cao khi kích thước hạt bụi > 5m Thu hồi bụi trong xiclon diễn ra dưới tác dụng của lực ly tâm

Nguyên lý hoạt động: Dịng khí nhiễm bụi được đưa vào phần trên của xiclon Thân xiclon thường là hình trụ cĩ đáy là chĩp cụt Ống khí bẩn vào thường cĩ dạng khối chữ nhật, được bố trí theo phương tiếp tuyến với thân xiclon Khí vào xiclon thực

Khí bụi

Khí bụi

Khí sạch

14

hiện chuyển động xoắn ốc, dịch chuyển xuống dưới và hình thành dòng xoáy ngoài Lúc đó, các hạt bụi, dưới tác dụng của lực ly tâm văng vào thành xiclon Tiến gần đáy chóp, dòng khí bắt đầu quay ngược trở lại và chuyển động lên trên hình thành dòng xoắn trong Các hạt bụi văng đến thành, dịch chuyển xuống dưới nhờ lực đẩy của dòng xoáy và trọng lực và từ đó ra khỏi xiclon, qua ống xả bụi Khí sạch sau xử lý được đưa

ra ở phía trên đỉnh thiết bị bởi ống trụ tâm

Trong công nghiệp, xiclon được chia làm hai nhóm: hiệu quả cao và năng suất cao Nhóm thứ nhất đạt hiệu cao nhưng yêu cầu chi phí lớn, còn nhóm thứ hai có trở lực nhỏ nhưng thu hồi các hạt mịn kém hơn

Trong thực tế, người ta ứng dụng rộng rãi xiclon trụ và xiclon chóp (không có thân trụ) Xiclon trụ thuộc nhóm năng suất cao, còn xiclon chóp thuộc nhóm hiệu quả cao Đường kính xiclon trụ không lớn hơn 2000mm và xiclon chóp nhỏ hơn 3000mm

Ưu điểm:

+ Không có phần chuyển động nên tăng độ bền của thiết bị

+ Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 5000C)

+ Thu hồi bụi ở dạng khô

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

+ Làm việc ở áp suất cao

+ Năng suất cao; Rẻ

+ Có khả năng thu hồi vật liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt xiclon + Hiệu suất không phụ thuộc sự thay đổi nồng độ bụi

+ Chế tạo đơn giản

Nhược điểm:

+ Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5 m

+ Không thể thu hồi bụi kết dính

 Xiclon đơn

Xiclon đơn là thiết bị hoàn chỉnh hoạt động độc lập và có nhiều dạng khác nhau như dạng hình trụ, dạng hình côn Việc sử dụng loại nào là tùy thuộc vào đặc tính của bụi và yêu cầu xử lý Dạng hình trụ có năng suất lớn, còn loại hình côn có hiệu suất lớn

 Xiclon tổ hợp

15

Xiclon tổ hợp là một thiết bị lọc bụi gồm một số lượng lớn các đơn nguyên xiclon mắc song song trong một vỏ cĩ chung đường dẫn khí vào, khí ra, thùng chứa bụi Trong xiclon tổ hợp, việc tạo nên chuyển động quay của dịng khí trong thiết bị khơng phải do dịng khí được đưa vào theo phương tiếp tuyến mà do các dụng cụ định hướng dạng chong chĩng hoặc dạng hĩa hồng đặt trong thiết bị Do vậy kích thước của xiclon tổ hợp nhỏ hơn kích thước của xiclon đơn cĩ cùng cơng suất

Nguyên lý làm việc của xiclon tổ hợp: Khi bụi đi vào ống nối và sau đĩ di vào hộp phân phối, từ đĩ đi vào các khơng gian giữa vỏ đơn nguyên và ống xả Trong khoảng khơng gian này cĩ đặt các dụng cụ định hướng để tạo sự chuyển động xốy Bụi sau khi tách đi qua lỗ tháo bụi và vào thùng chứa

Hình 1.5 Xiclon

e Thiết bị thu hồi bụi xốy

Cũng giống như xiclon, thiết bị này ứng dụng cĩ chế lắng bụi ly tâm Điểm khác

cơ bản so với xiclon là trong thiết bị này cĩ dịng khí xốy phụ trợ

Bụi

Khí

Khí sạch

Bụi Khí sạch

Khí bụi

Ưu điểm của thiết bị thu hồi bụi xoáy so với xiclon là:

+ Hiệu quả thu hồi bụi phân tán cao hơn

+ Bề mặt trong của thiết bị không bị mài mòn

+ Có thể xử lý khí có nhiệt độ cao hơn do ứng dụng dòng khí thứ cấp lạnh

+ Có thể điều chỉnh quá trình phân riêng bụi bằng cách thay đổi lượng khí thứ cấp

Nhược điểm:

+ Cần có cơ cấu thổi khí phụ trợ

+ Vận hành phức tạp

+ Lượng khí qua thiết bị lớn

f Thiết bị thu hồi bụi kiểu động

Quá trình xử lý bụi trong thiết bị này được thực hiện nhờ lực ly tâm và lực coriolit, xuất hiện khi quay cuồng hút thiết bị thu hồi bụi kiểu động tiêu thụ năng lượng nhiều hơn quạt thông thường có cùng năng suất và cột áp

Ưu điểm của thiết bị này so với các thiết bị thu hồi bụi ly tâm khác là: gọn, lượng kim loại nhỏ, kết hợp máy hút bụi và xiclon vào cùng một thiết bị Tuy nhiên, chúng

có nhiều nhược điểm như: cánh quạt bị mài mòn nhanh, có khả năng tạo thành các trầm tích trên cánh quạt, do đó làm mất căn bằng phần quay, hiệu quả thu hồi d <

10m kém và chế tạo phức tạp

2.3.1.2 Thiết bị lọc bụi khô

Nguyên lý: Khi cho khí qua vách ngăn xốp, các hạt rắn được giữ lại còn khí đi

xuyên qua nó hoàn toàn

17

Trong quá trình lọc bụi, các hạt bụi khô tích tụ trong các lỗ xốp hoặc tạo thành lớp bụi trên bề mặt vách ngăn, do đó chúng trở thành môi trường lọc đối với các hạt bụi đến sau Tuy nhiên bụi tích tụ càng nhiều làm cho kích thước lỗ xốp và độ xốp chung của vách ngăn càng giảm, vì vậy sau một thời gian làm việc nào đó cần phải phá

vỡ và loại lớp bụi ra Như vậy, quá trình lọc bụi phải kết hợp với quá trình phục hồi vật liệu lọc

Trong quá trình làm sạch khí, các hạt bụi tiến gần đến các sợi hoặc bề mặt vật liệu hạt, va chạm với chúng và lắng xuống do tác dụng của lực thẩm thấu, quán tính và hút tĩnh điện

Thiết bị lọc được chia làm 3 loại, phụ thuộc vào chức năng và nồng độ bụi vào, ra:

+ Thiết bị tinh lọc (Hiệu quả cao): dùng để thu hồi bụi cực nhỏ với hiệu quả rất cao (>99%) với nồng độ đầu vào thấp (<1mg/m3) và vận tốc lọc < 10cm/s Thiết bị lọc này ứng dụng để thu hồi bụi độc hại đặc biệt, cũng như để siêu lọc không khí Vật liệu lọc không được phục hồi

+ Thiết bị lọc không khí: được sử dụng trong hệ thống thông khí và điều hòa không khí Chúng được dùng để lọc khí có nồng độ bụi nhỏ hơn 50 mg/m3 với vận tốc lọc (2,5÷3) m/s Vật liệu lọc có thể được phục hồi hoặc không phục hồi

+ Thiết bị lọc công nghiệp (vải, hạt, sợi thô): được sử dụng để làm sạch khí công nghiệp có nồng độ bụi đến 60 g/m3 với kích thước hạt lớn hơn 0,5 m, vật liệu lọc thường được phục hồi

Nguyên lý hoạt động: Quá trình lọc bụi trên vải lọc xảy ra theo 3 giai đoạn

+ Giai đoạn 1: khi vải lọc còn sạch, các hạt bụi lắng trên các lớp xơ nằm trên

bề mặt sợi và giữa các sợi Ở giai đoạn này, hiệu suất lọc bụi còn thấp + Giai đoạn 2: khi đã có một lớp bụi bám trên bề mặt vải, lớp bụi này trở thành môi trường lọc bụi thứ 2 Hiệu suất lọc bụi ở giai đoạn này rất cao

18

+ Giai đoạn 3: sau một thời gian làm việc, lớp bụi bám trên vải sẽ dày lên làm tăng trở lực của thiết bị, vì vậy phải làm sạch vải lọc Sau khi làm sạch vải lọc vẫn còn một lượng lớn bụi nằm giữa các xơ, cho nên trong giai đoạn 3 này hiệu suất lọc vẫn còn cao

Vải lọc phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây:

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

+ Giữ được khả năng cho khí xuyên qua tối ưu;

+ Độ bền cơ học cao khi ở nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn;

+ Có khả năng được phục hồi;

+ Giá thấp

Vật liệu lọc phổ biến nhất lầ vải bông, len, vải tổng hợp và vải thủy tinh

+ Vải bông có tính lọc tốt và giá thấp nhưng không bền hóa học và nhiệt, dễ cháy và chứa ẩm cao;

+ Vải len có khả năng cho khí xuyên qua lớn, bảo đảm độ sạch ổn định và

dễ phục hồi nhưng không bền hóa và nhiệt, giá cao hơn vải bông; khi làm việc lâu ở nhiệt độ cao, sợi len trở nên giòn, chúng làm việc đến 900C;

+ Vải tổng hợp bền nhiệt và hóa, giá rẻ hơn vải bông và vải len Trong môi trường axit độ bền của chúng cao, còn trong môi trường kiềm độ bền giảm;

+ Vải thủy tinh bền ở (150÷350)0C Chúng được chế tạo từ thủy tinh nhôm silicat không kiềm hoặc thủy tinh magezit

Vải có thể phục hồi bằng hai phương pháp cơ bản:

+ Rung vật liệu lọc (cơ học, khí động học);

+ Thổi ngược vật liệu lọc bằng khí sạch hoặc không khí

Ưu điểm: hiệu suất lọc bụi cao (98÷99)%, phù hợp với các loại bụi có đường

kính nhỏ

Nhược điểm:

từ (0,01 ÷100) m Chiều dày của lớp lọc có thể từ vài phần ngàn mét đến 2m (lọc đệm nhiều lớp để sử dụng lâu dài) Các thiết bị lọc này được ứng dụng khi nồng độ pha phân tán (0,5÷5)mg/m3 và được phân thành các loại sau:

Các thiết bị loại xơ mỏng:

Loại thiết bị này có thể làm sạch tinh những tinh thể khí lớn khỏi các hạt bụi có kích thước khác nhau Để thu hồi bụi có độ phân tán cao (0,1÷0,5)m với hiệu suất lớn hơn 99% Người ta sử dụng các thiết bị lọc dạng tấm phẳng hoặc các lớp mỏng vật liệu lọc dạng xơ đường kính nhỏ hơn 5m Vận tốc lọc từ (0,01÷0,1)m/s Nồng độ bụi ban đầu >5mg/m3 Loại này không tái sinh được bộ lọc

Thiết bị lọc thô:

Để khắc phục nhược điểm là thời gian sử dụng không dài của loại trên, trong nhiều trường hợp người ta sử dụng các thiết bị lọc lọc gồm nhiều lớp dày và đường kính xơ lớn hơn (1÷20)m với vận tốc lọc từ (0,005÷0,1)m/s thì vật liệu lọc sẽ thu hồi toàn bộ các hạt lớn hơn 1m Vật liệu lọc là sợi thô mới được ứng dụng cho nồng độ (5÷50) mg/m3, khi đó kích thước hạt bụi chủ yếu nhỏ hơn (5÷)10m

Quá trình lọc trong thiết bị lọc sợi bao gồm 2 giai đoạn: Ở giai đoạn 1(lọc ổn định): các hạt bụi không làm thay đổi cấu trúc của lớp lọc Trong giai đoạn 2 (lọc không ổn định) trong vật liệu lọc xảy ra sự biến đổi cấu trúc liên tục do lượng bụi tích

tụ lớn Do đó hiệu quả xử lý và trở lực lớp lọc luôn thay đổi Lý thuyết lọc trong các lớp lọc này chưa được nghiên cứu đầy đủ

c Thiết bị lọc hạt

Được ứng dụng ít hơn thiết bị lọc sợi Ưu điểm của lọc hạt là: vật liệu dễ kiếm,

có thể làm việc ở nhiệt độ cao và trong môi trường ăn mòn, chịu tải lực lớn và độ giảm

áp lớn Người ta chia ra làm 2 dạng thiết bị lọc hạt: đệm và lọc hạt cứng

20

Thiết bị lọc đệm: trong thiết bị này, thành phần lọc không liên kết với nhau Đó là

lớp đệm tĩnh; lớp đệm chuyển dộng với sự dịch chuyển của vật liệu rời trong trường trọng lực; lớp giả lỏng Vật liệu đệm thường là cát, sỏi, đá cuội, xỉ than, than cốc, grafit, nhựa, cao su… Việc chọn vật liệu phụ thuộc nhiệt độ, tính ăn mòn của khí

Thiết bị lọc hạt cứng: Trong thiết bị lọc dạng này cac hạt liên kết với nhau nhờ

thiêu kết, dập hoặc dán và tạo thành hệ thống xúng không chuyển động Đó là sứ xốp, kim loại xốp, nhựa xốp Lớp lọc loại này bền chặt, chống ăn mòn và chịu tải lớn Chúng được ứng dụng để lọc khí nén Nhược điểm của thiết bị này là: giá cao, trở lực lớn, khó hồi phục Có thể phục hồi theo phương pháp sau:

+ Thổi khí theo chiều ngược lại;

+ Cho dung dịch lỏng qua theo hướng ngược lại;

+ Cho hơi nóng qua;

+ Gõ hoặc nung lưới với thành phần lọc

+ Chất lỏng tưới ướt bề mặt làm việc của thiết bị, còn dòng khí tiếp xúc với

bề mặt này Các hạt bụi bị hút bởi màng nước và tách ra khỏi dòng khí

+ Dòng khí bụi được sục vào nước và bị chia ra thành các bọt khí Các hạt bụi bị dính ướt và loại ra khỏi khí

Do tiếp xúc với dòng khí nhiễm bụi với chất lỏng hình thành bề mặt tiếp xúc pha

Bề mặt này bao gồm các bọt khí, tia khí, tia lỏng, giọt lỏng và màng lỏng Trong đa số thiết bị thu hồi bụi ướt tồn tại các dạng bề mặt khác nhau, do đó bụi được thu hồi theo nhiều cơ chế khác nhau Thiết bị lọc bụi ướt có các ưu điểm và nhược điểm so với các thiết bị dạng khác như sau:

Ưu điểm:

+ Hiệu quả thu hồi bụi cao;

+ Có thể ứng dụng để thu hồi bụi có kích thước đến 0,1m;

21

+ Có thể sử dụng khi nhiệt độ và độ ẩm cao;

+ Nguy hiểm cháy, nổ thấp nhất;

+ Cùng với bị có thể thu hồi hơi và khí

Chất lỏng tưới thiết bị thường là nước Khi kết hợp quá trình thu hồi bụi với xử

lý hóa học, chất lỏng được chọn theo quá trình hấp thụ

2.3.2.1 Buồng rửa khí

Các buồng rửa khí được chế tạo bằng kim loại, bêtông và gạch đá

Trong buồng bố trí các dãy mũi phun để phun nước vào dòng khí chứa bụi chuyển động qua buồng Để tăng hiệu suất lọc bụi, trong buồng có thể bố trí các tấm chắn, các tấm đục lỗ hoặc tưới Cuối buồng rửa có bộ phận tách nước Vận tốc chuyển động của khí trong buồng khoảng 1,5-2,5 m/s Thời gian lưu khí < 3s Lượng nước phun 0,2-1,04 l/m3

2.3.2.2 Thiết bị rửa khí trần

Thiết bị rửa khí trần là tháp đứng, thường là hình trụ mà trong đó có sự tiếp xúc giữa khí và các giọt lỏng (được tạo ra bởi các vòi phun) Theo hướng chuyển động của khí và lỏng, tháp trần chia ra ngược chiều, cùng chiều và tưới ngang

Tháp trần đạt hiệu quả xử lý cao đối với hạt bụi có d  10m và kém hiệu quả khi bụi có d < 5 m

Vận tốc dòng khí trong thiết bị thường trong khoảng (0,6÷1,2) m/s đối với thiết

bị không có bộ tách giọt và khoảng (5÷8) m/s đối với thiết bị có bộ tách giọt Trở lực của tháp trần không có bộ tách giọt và lưới phân phối khí thường không quá 250N/m2

Để đảm bảo độ dính ướt của bề mặt lớp đệm, chúng thường được để nghiêng 7÷100 về hướng dòng khí, lưu lượng lỏng (0,15÷0,51) l/m3 Khi nồng độ bụi ban đầu đến 10-12 g/m3, trở lực 160-100 Pa/m đệm, vận tốc khí trong thiết bị ngược chiều khoảng (1,5÷2,0)m/s, còn lưu lượng nước tưới khoảng (1,3÷2,16)l/m3

Hiệu quả xử lý bụi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: cường độ tưới, nồng độ bụi,

độ phân tán Hiệu quả thu hồi bụi có kích thước d  2m trên 90% Thực tế hạt có kích thước (2÷5)m được thu hồi 70% còn hạt lớn hơn (80÷90)%

Trở lực tháp đệm phụ thuộc dạng vật liệu đệm và điều kiện làm việc, có thể lên tới 1500N/m2

2.3.2.4.Thiết bị sủi bọt

Phổ biến nhất là thiết bị sủi bọt với đãi chảy sụt và đĩa chảy qua Đĩa chảy sụt có thể là đĩa lỗ, đĩa rãnh Bụi được thu hồi bởi lớp bọt được hình thành do tương tác của khí và lỏng Quá trình thu hồi bụi trong thiết bị sủi bọt diễn ra trong các giai đoạn sau:

+ Thu hồi bụi trong không gian dưới lưới do lực quán tính, được hình thành

do dòng khí thay đổi hướng chuyển động khi đi qua đĩa Hiệu quả của giai đoạn này chỉ lớn đối với bụi thô đường kính  10m

+ Lắng bụi từ tia khí, hình thành bởi các lỗ hoặc khe hở của đĩa với vận tốc cao đập vào lớp chất lỏng trên đĩa (cơ chế va đập)

+ Lắng bụi trên bề mặt trong của các bọt khí theo cơ chế quán tính rối Hiệu quả của giai đoạn 2 và 3 lớn hơn giai đoạn 1 nhiều và đạt đến 90% đối với hạt bụi (2÷5)m

23

Thiết bị sủi bọt có ưu điểm là hiệu quả thu hồi bụi cao đối với hạt có kích thước lớn hơn 2m và trở lực không lớn hơn (300÷1000)N/m2 Tuy nhiên, nó còn tồn tại các yếu điểm sau:

+ Hạt có kích thước nhỏ hơn 2m không được thu hồi hoàn toàn;

+ Cần có bộ phận tách giọt lỏng;

+ Không cho phép lưu lượng khí dao động lớn vì như vậy sẽ phá vỡ chế độ tạo bọt;

+ Không cho phép nồng độ bụi trong khí dao động lớn vì có thể làm bẩn đĩa

2.3.2.5 Thiết bị rửa khí va đập quán tính

Trong các thiết bị này, sự tiếp xúc của khí với nước được thực hiện do sự va đập của dòng khí lên bề mặt chất lỏng và do sự thay đổi hướng đột ngột của dòng khí Kết quả của sự va đập là các giọt lỏng đường kính (300÷400)m được tạo thành, làm gia tăng quá trình lắng bụi

Đối với thiết bị dạng này, mực nước cố định đóng vai trò quan trọng Sự thay đổi nhỏ của mực nước cũng cơ thể làm giảm hiệu quả thu hồi bụi hoặc làm tăng trở lực của thiết bị Hiệu quả của thiết bị thu hồi va đập quán tính đến 99,5% đối với các hạt bụi có kích thước lớn hơn 3m

2.3.2.6 Thiết bị rửa khí ly tâm

Thu hồi bụi trong thiết bị rửa khí ly tâm diễn ra dưới tác dụng của hai lực: lực ly tâm và lực quán tính Hiệu quả thu hồi bụi có kích thước (2÷5)m đạt 90%

Các thiết bị rửa khí ly tâm được ứng dụng trong thực tế, theo kết cấu có thể chia làm hai dạng:

+ Thiết bị, trong đó dòng xoáy được thực hiện nhờ cánh quạt quay đặt ở trung tâm

+ Thiết bị với ống khí vào theo phương tiếp tuyến Nước rửa khí chảy qua vòi phun ở trung tâm và chảy thành màng trên thành thiết bị

Đặc điểm của thiết bị này là chất lỏng ít bị cuốn theo khí vì lực ly tâm làm lắng các giọt lỏng trên thành thiết bị

24

2.3.2.7 Thiết bị rửa khí vận tốc cao (thiết bị rửa khí Venturi)

Để làm sạch khí khỏi bụi có kích thước (1÷2) m và nhỏ hơn, người ta ứng dụng chủ yếu các thiết bị rửa khí có vận tốc lớn

Nguyên lý hoạt động: dòng khí bụi chuyển động với vận tốc (70÷150)m/s đập vỡ nước thành các giọt cực nhỏ Độ xoáy rối cao của dòng khí và vận tốc tương đối giữa bụi và giọt lỏng lớn thúc đẩy quá trình lắng bụi trên các giọt lỏng

Loại thiết bị này dễ bị tắc khi bụi bám dày các khâu đệm Nó được sử dụng nhiều khi dùng lọc bụi thấm ướt tốt và đặc biệt trong các trường hợp lọc bụi kèm theo làm nguội và hấp thụ khí

Các thiết bị rửa khí Venturi có năng suất đến 500000 m3khí/h, vận tốc khí đến 150m/s

2.3.3 Thiết bị lọc điện

Trong thiết bị lọc điện, khí được xử lý bụi nhờ tác dụng của lực điện trường Nguyên lý hoạt động: Khí thải được thổi qua hai điện cực Điện cực nối đất được gọi là điện cực lắng vì bụi chủ yếu được lắng ở điện cực này Điện cực còn lại được gọi quầng sáng Điện cực này được cung cấp dòng điện một chiều có hiệu thế cao, do điện thế cao nên cường độ điện trường xung quanh lớn và gây ra sự va đập ion mãnh liệt Dưới tác dụng của lực điện trường, các ion sẽ chuyển dịch về phía các điện cực trái dấu và tạo nên dòng điện Khi thổi khí thải có chứa bụi qua không gian của hai điện cực, các ion sẽ bám dính trên bề mặt các hạt bụi và hạt bụi trở nên mang điện Dưới tác dụng của lực điện trường, các hạt bụi sẽ chuyển dịch tới các điện cực trái dấu Khi tới các điện cực, các hạt bụi được lắng lại trên bề mặt điện cực Theo những khoảng thời gian xác định, tùy thuộc mức độ tích tụ bụi, người ta rung lắc điện cực hoặc xối nước điện cực rồi thu lấy bụi

Trong công nghiệp, người ta còn sử dụng thiết bị lọc điện ướt, trong đó việc làm sạch các điện cực được thực hiện bằng cách tưới qua vòi phun Thiết bị lọc điện ướt được ứng dụng để thu hồi bụi, sương các axit khác nhau

Thiết bị lọc điện xử lý thể tích khí lớn khỏi các hạt bụi kích thước từ (0,01÷100)m ở nhiệt độ đến (400÷500)0C Trở lực của thiết bị lọc điện khoảng 150Pa Tiêu hao điện năng cho xử lý 100m3 khí khoảng (0,36÷1,8)106J Bụi có độ dẫn điện càng cao thì hiệu quả thu hồi chúng trong thiết bị lọc điện càng lớn.Thành phần khí và bụi ảnh hưởng đến độ dẫn của nó Khi độ ẩm của khí tăng, điện trở riêng

25

phần của bụi giảm Nếu vận tốc khí trong thiết bị lọc điện tăng thì hiệu quả xử lý giảm

và ngoài ra còn tăng khả năng lôi cuốn bụi theo dòng khí

Hiệu quả của thiết bị lọc điện khi thu hồi hạt có kích thước 0,5m đạt 99% và giảm khi vận tốc dòng khí tăng.Hiệu quả của thiết bị lọc điện phụ thuộc tính chất của bụi và khí, vận tốc và tính đồng đều phân phối dòng bụi trong tiết diện thiết bị Hiệu thế càng cao và vận tốc khí càng thấp hiệu quả thu hồi bụi càng cao

Thiết bị lọc điện có ưu điểm:

+ Hiệu suất thu hồi bụi cao, đạt tới 99%;

+ Chi phí năng lượng thấp;

+ Có thể thu được các hạt bụi có kích thước nhỏ tới 0,1m và nồng độ bụi

từ vài gam đến 50g/m3;

+ Chịu được nhiệt độ cao (nhiệt độ khí thải có thể tới 5000C);

+ Làm việc được ở áp suất cao hoặc ở áp suất chân không;

+ Có thể tự động hóa điều khiển hoàn toàn

Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm như sau:

+ Do độ nhạy cao nên khi có sự thay đổi dù nhỏ giữa giá trị thực và giá trị khi tính toán của các thông số thì hiệu quả thu hồi bụi cũng bị giảm sút nhiều;

+ Khi có sự cố cơ học dù nhỏ cũng làm ảnh hưởng tới hiệu quả thu bụi; + Không sử dụng được với khí thải có chứa chất dễ nỗ vì thường xuất hiện các tia lửa điện

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

- Thiết bị phù hợp với thành phần, nồng độ và tính chất của hạt bụi

- Hiệu quả đạt yêu cầu Dễ dàng lắp đặt, thi công

- Đạt yêu cầu về mặt kinh tế trong giai đoạn hiện nay

- Phù hợp với các yêu cầu khách quan khác

Do 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 lẫn cả bụi tinh và bụi thô … Qua khảo sát về tính chất của hạt bụi, cũng như các yếu tố như mặt bằng nhà máy…Nhóm đã lựa chọn phương pháp xử

lý bụi ở đây là phương pháp khô, và sơ đồ công nghệ được chọn như sau:

Thiết bị lọc túi vải Quạt hút

Bụi phát sinh

Chụp hút

Cyclon Đường ống dẩn bụi