tính toán mô phỏng thiết bị lọc bụi túi

1) Sử dụng phần mềm chemcad Mô phỏng sử dụng thiết bị lọc bụi túi nhằm xử lý bụi CaCO3 sử dụng Cyclone. Lưu lượng dòng khí 15000 kgh. Lượng CaCO3 bằng 50 kgh. Nhiệt độ dòng khí thải 60oC. Áp suất làm việc 1 atm. Kích thước hạt và phần trăm khối lượng pha rắn tự tìm hiểu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

Khoa Công Nghệ Hóa Học Và Môi Trường

BÀI TIỂU LUẬN1) Sử dụng phần mềm chemcad Mô phỏng sử dụng thiết bị lọc bụitúi nhằm xử lý bụi CaCO 3 sử dụng Cyclone Lưu lượng dòng khí

15000 kg/h Lượng CaCO3 bằng 50 kg/h Nhiệt độ dòng khí thải 60oC.Áp suất làm việc 1 atm Kích thước hạt và phần trăm khối lượng pharắn tự tìm hiểu

Table of Contents

I) TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ LỌC BỤI TÚI 3

1) Mở đầu 3

2) Khái niệm 3

3) Cấu tạo chung của thiết bị lọc bụi túi vải 5

a)Nguyên lý làm việc chung của các thiết bị lọc túi. 6

4) Các loại vải lọc thường được sử dụng 7

a)Đặc điểm của các loại vải lọc: 7

b) Vải lọc phải thỏa mãn các yêu cầu: 8

c) Thông số kỹ thuật: 8

d) Các phương pháp tái sinh vải: 9

e) Cấu tạo của túi lọc: 9

f) Nguyên lý lọc bụi của túi vải: 10

5) Một số thiết bị lọc bụi túi vải. 10

II) Gioi thiệu về phần mềm chemcad 12

1) Mục đích của mô phỏng. 12

III) MÔ PHỎNG 14

1) Phương pháp xây dựng các bước mô phỏng 14

IV) KẾT LUẬN 20

V) TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

I) TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ LỌC BỤI TÚI.

1) Mở đầu

- Các nhà máy sản xuất nói chung thường phát sinh bụi trongquá trình vận hành sản xuất Điều này đặt ra các yêu cầu xử lý khíbụi thải đối với các nhà máy này để đảm bảo các giá trị môi trườnglàm việc an toàn Đặc biệt đối với các nhà máy xi măng, sản xuấtbột đá vôi và các nhà máy thức ăn chăn nuôi, bụi trong trường hợpcác nhà máy này đồng thời cũng là sản phẩm hoặc nguyên liệu chosản xuất Bụi phát sinh từ các quá trình vận chuyển, lưu kho, thu hồi,nhập nguyên liệu và trong chính quá trình xử lý Nếu thu được cácsản phẩm này có thể tiết kiệm được một lượng đáng kể đối với cácsản phẩm và nguyên liệu sản xuất, giảm các hao hụt và nâng caohiệu quả sản xuất đồng thời đảm bảo môi trường lao động

- Để đáp ứng các yêu cầu này, hệ thống lọc bụi sử dụng vật liệulọc bằng vải dạng túi hay gọi tắt là hệ thống lọc bụi túi vải đã ra đời

Hệ thống này đặc điểm với tính linh hoạt cao trong lắp đặt ứngdụng Tương tự như hệ thống lọc bụi bằng catridge, hệ thống này cóthể được tùy biết để tiện cho lắp đặt theo từng khu vực Một ưu điểmkhác nữa là hệ thống có thể tùy biến cho các bộ phận sản xuất nhỏhơn hoặc tạo thành các thiết bị cho từng bộ phận hoặc từng điểm

2) Khái niệm

- Hệ thống lọc bụi túi vải là hệ thống xử lý bụi trong không khí,để khí thoát ra khỏi hệ thống là khí sạch đã được loại bỏ hoàn toànbụi lơ lửng Vật liệu lọc là các loại vải không dệt tổng hợp hoặc cónguồn gốc tự nhiên được may thành dạng túi Lượng bụi được lọc cóthể được thu lại khi rơi xuống đáy thông qua thiết bị được gắn ở đây.Thường sử dụng là valve xoay hoặc vít tải dược sử dụng để đưa cácvật liệu này ra ngoài

- Thiết bị lọc bụi khí hoặc bộ lọc bụi túi vải là một thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí, loại bỏ các hạt bụi trong không khí thoát ra từ quá trình sản xuất hoặc đốt nhiên liệu để phát điện.

- Các nhà máy điện , nhà máy thép, sản xuất dược phẩm, sản xuất thực phẩm , sản xuất hóa chất và các công ty công nghiệp khác thường sử dụng thiết bị lọc túi vải để kiểm soát phát thải các chất ô nhiễm không khí

- Thiết bị lọc bụi túi vải được đưa vào sử dụng rộng rãi vào cuối năm

1970 sau khi các nhà nghiêm cứu phát minh ra vải chịu nhiệt ( để sửdụng làm thiết bị lọc trong các bộ lọc) có khả năng chịu đựng nhiệt độ hơn 350*F

- Không giống như lọc bụi tĩnh điện , hiệu suất lọc có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào quá trình , điều kiện làm việc và chức năng Thiết bị lọc bụi túi vải thường có hiệu quả thu bụi là 99% hoặc cao hơn( đạt đến 99,9%) ngay cả khi kích thước hạt rât nhỏ( 2.5 µm)

Hình 1: Hệ thống lọc bụi túi vải

Ưu điểm

Hệ thống lọc bụi túi vải là hệ thống được sử dụng phổ biến Thực tế

đã chứng minh hệ thống này được ứng dụng nhiều nhờ khả năng chophép thu hồi bụi và hiệu quả hoạt động Dưới đây là những ưu điểm của hệ thống lọc bụi túi vải:

 Hệ thống có khả năng tùy biến cao, thích hợp với nhiều loại diện tích và yêu cầu lắp đặt

 Giải pháp này đáp ứng hầu hết các yêu cầu lọc bụi với khả năng lọc bụi tới kích thước 5 micron

 Hệ thống này có thể gắn kết được với nhiều thiết bị hỗ trợ và thiết bị giám sát như đồng hồ đo áp, các thiết bị giám sát an toàn

mà không làm ảnh hưởng đến quá trình hoạt động

 Việc thiết kế hệ thống có thể được tùy biến để tiện lợi theo mỗiyêu cầu lắp đặt

 Dễ dàng vận hành và bảo trì

 Thiết bị cấu tạo tiện lợi để thay thế các vật liệu lọc

 Vật liệu lọc thường có giá trị thấp, tùy thuộc vào một số yêu cầu nhất định mà sẽ yêu cầu các vật liệu lọc giá trị cao hơn như vải chống tĩnh điện, chống cháy…

3) Cấu tạo chung của thiết bị lọc bụi túi vải

Một bộ lọc túi vải bao gồm một hoặc nhiều ngăn cách li chứa nhiều dãy túi vải ở dạng tròn, phẳng hoặc dạng ống hoặc ở dạng khung gấp nếp Khi chứa các hạt nặng( thường) đi dọc theo bề mặt của túi sau đó xuyên tâm qua vải Các hạt được giữ trên mặt ngược dòng của túi vải và dòng khí sạch được thông ra ngoài không khí Các bọ lọc được vận hành theo chu kỳ, xen kẽ giữa thời gian lọc tương đối dài và thời gian làm sạch ngắn Trong quá trình làm sạch , các hạt bụi tích tụ trên bề mặt túi được loại khỏi bề mặt vải và được lắng trong phễu để xử lý tiếp theo Vải lọc thu nhập các hạt bụi có kích thước

Hầu hết thiết bị lọc túi vải được sử dụng lâu dài , túi hình trụ ( hoặc ống) làm bằng vải dệt thoi hoặc tạo phớt như 1 phương tiện lọc ( đốivới các ứng dụng mà có vải bụi tương đối thấp và khi nhiệt độ 250*F thường sử dụng loại xép li, khung thép)

Không khí đi vào thiết bị thông qau rây( hình phiễu lớnđược sử dụng để lưu trữ và phát tán hạt) và được đưa trực tiếp vào khoang cua thiết bị khí được rút ra thông qua các túi bên trong hoặc bên ngoài tùy thuộc vào phương pháp làm sạch , và 1 lớp bụi tích tụ trên bề mặt bộ lọc cho đến khi không khí không còn có thể di chuyển qua

nó Khi áp suất giảm đủ xảy ra, quá trình làm sạch bắt đầu Làm sạch có thể xảy ra trong thiếtbị đang làm việc ( lọc) hoặc ngưng làm việc( cách ly) khi khoang đã sạch , quá trình lọc lại tiếp tục bình thường

Buồng lọc

Nơi chứa các vật liệu lọc và xảy ra quá trình lọc Gồm 2 phần là khoang khí sạch chứa khí sau khi lọc và khoang khí thô chứa khí trước khi lọc

Bộ phận lọc

Gồm các khung xương được lồng trong túi là vật liệu lọc, được gắn vào sàn lắp túi lọc Khung xương cố định túi lọc luôn căng khi quá trình lọc diễn ra đồng thời tăng hiệu quả quá trình rung giũ bụi

Bộ phận cấp khí

Bao gồm quạt hút, đường ống dẫn và các thiết bị hỗ trợ Đưa khí thô vào buồng lọc, tạp áp lực để khí sạch đi qua túi Thường kết hợp với bộ chia khí để phân tán đều khí bụi vào buồng lọc Một số trường hợp sẽ phải dùng tới thiết bị lọc nước để loại bỏ hơi nước trong khí đầu vào do hệ thống thông thường sử dụng vải lọc là vải polyester

có đặc tính thủy phân trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao

Bộ phận rung giũ bụi

Rung giũ bụi để loại bỏ bụi bám trên bề mặt túi sau một thời gian xửlý bụi Đây cũng là điểm khác biệt cấu tạo giữa các hệ thống lọc bụi túi vải Các kiểu rung giũ bao gồm: phương pháp lắc/gõ, rung, thổi xung khí nén Phương pháp rung giũ bằng thổi xung khí nén hiện nay thường được sử dụng nhất vì có thể thực hiện tự động và không tốn nhân lực

a) Nguyên lý làm việc chung của các thiết bị lọc túi.

Quy trình hoạt động của một hệ thống lọc bụi túi vải nói chung như sau:

- Khí bụi thô được hút được hút vào buồng lọc qua các cửa hút Tại đây khí và các hạt sẽ bị giảm vận tốc dẫn tới các hạt tỷ trọng lớn

sẽ rơi xuống dưới và đi ra ngoài Phần khí sạch đi qua túi lọc và thoát

ra ngoài Các hạt bụi nhỏ hơn sẽ bám lại trên bền mặt của túi lọc

- Quá trình làm sạch túi lọc thực hiện rung giũ túi Phương pháp

sử dụng là rung giũ cơ hoặc xả khí nén để rung giũ Các hạt bụi bám trên bề mặt túi rơi xuống dưới và đưa ra ngoài qua thiết bị thu

Hình 2: Nguyên lý làm việc của hệ thống lọc bụi túi vải

Hình 3: Sơ đồ dòng khí qua một hệ thống lọc bụi túi vải

Hình 4: Hình ảnh thực tế hệ thống lọc bụi túi vải

4) Các loại vải lọc thường được sử dụng

a) Đặc điểm của các loại vải lọc:

-Vải lọc thường dùng là:vải bông, vải len,vải sợi thủy tinh, vải sợi tổng hợp

Vải bông: 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,đảm bảo độ sạch ổn định và dễ phục hồi nhưng không bền hóa học và nhiệt, giá cao hơn vải bông, khi làm việc ở nhiệt độ cao thì trởnên giòn,chúng làm việc đến 90oC

Vải tổng hợp: những năm gần đây thì vải tổng hợp đã từng bước thay thế bông và len do chúng có độ bền cao,trong đa số các

trương2 hợp thì giá của chúng rẻ hơn vải len.ví dụ:vải nitơ được ứng dụng khi nhiêt độ khí từ 120-130oC trong công nghệ hóa chất và luyện kim màu

Vải thủy tinh: bền ở 150-250oC, thường sử dụng ở các nhà máy xi măng, luyện kim Khi nồng độ bụi thấp thường sử dụng các vải nặng (600-800g/m2), khi nồng độ bụi cao sử dụng các loại vải nhẹ hơn (400-500g/m2)

acide

Chống kiềm

Chống rách

Giá

Polypropyle

ne

Sợi thủy

tinh

b) Vải lọc phải thỏa mãn các yêu cầu:

1.Khả năng chứa bụi cao và sau khi phục hồi đảm bảo hiệu quả lọc cao

2 Giữ được khả năng cho khí xuyên qua tối ưu

3.Có độ bền cơ học cao khi nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn

4.Có khả năng phục hồi cao

5.Giá thành thấp

Hình 5: các loại túi lọc bụi

c) Thông số kỹ thuật:

- Năng suất lọc từ 10÷150 m3/phút (có thể thiết kế theo yêu cầu)

- Lọc hiệu quả cao với hạt bụi ≥ 1μm Lọc tốt những bụi mịn, khô m Lọc tốt những bụi mịn, khô khó tách khỏi không khí

- Hiệu suất tách bụi đạt 99,61÷99,74% khi nồng độ bụi trong không khí vào 3,26÷8,34 g/m3

d) Các phương pháp tái sinh vải :

-Theo thời gian, lượng bụi tích tụ, trở lực bụi tăng, lưu lượng khí quá

nó giảm

-Có 2 phương pháp để tái sinh vải lọc

 Sự rung lắc các đơn nguyên lọc (cơ học, khí động bằng cách xung động hoặc thay đổi hướng đột ngột hướng dòng khí…).

 Thổi ngược vật liệu lọc bằng khí sau xử lý hoặc không khí sạch.-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, nhưng phương pháp này làm cho túi vải bị mòn mạnh đặc biệt

là ở phần dưới Sự rung lắc cần 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 mài mònít hơn nhưng kém hiệu quả hơn Sự dao động các túi vải theo

phương ngang thường 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 nén trong 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

e) Cấu tạo của túi lọc:

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 từ 2,5 – 3,5m (hoặc hơn), đầu liên kết vào bản đáy đục lỗ tròn bằng đường kính của ống tay áo hoặc lồng vào

khung và cố định một đầu vào bản đục lỗ;

Hình 6: Cấu tạo của túi lọc

f) Nguyên lý lọc bụi của túi vải:

-Cho không khí lẫn bụi đi qua 1 tấm vải lọc, ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe giữa các sợi vải sẽ bị 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 cả các hạt bụi có kích thước rất nhỏ

-Hiệu quả lọc đạt tới 99,8% và lọc được cả các hạt rất nhỏ là nhờ có lớp trợ lọc

-Sau 1 khoảng thời gian lớp bụi sẽ rất dày làm sức cản của màng lọcquá 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

Hình 7: Nguyên lý làm việc của túi vải

5) Một số thiết bị lọc bụi túi vải.

Thiết bị lọc bụi túi vải

II) Gioi thiệu về phần mềm chemcad

- Trong lĩnh vực công nghệ hoá học hiện nay có rất nhiều phần mềm

mô phỏng của các công ty phần mềm được phát triển và sử dụng rộng rãi trong thiết kế công nghệ, như: PRO/II, DYNSIM (Simsci); HYSIM, HYSYS, HTFS, STX/ACX, BDK (AspenTech); UNISIM

(Honeywell-UOP); PROSIM, TSWEET (Bryan Research & Engineering);Design II (Winsim); IDEAS Simulation; Simulator 42,…, trong đó phổ biến nhất là PRO/II, DYNSIM (Simsci), HYSYS (AspenTech) và UNISIM (Honeywell-UOP)

- Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hoá học trong thế kỷ 21, đòi hỏi mỗi kỹ sư công nghệ cần phải hiểu và sử dụng thành thạo ít nhấtmột trong số các phần mềm mô phỏng phổ biến trên

- Các phần mềm mô phỏng đều có cơ sở nhiệt động học rất vững chắc và đầy đủ, khả năng thiết kế linh hoạt, cùng với mức độ chính xác và tính thiết thực của các hệ nhiệt động cho phép thực hiện các

mô hình tính toán rất gần với thực tế công nghệ Các công cụ mô phỏng công nghệ rất mạnh phục vụ cho nghiên cứu tính toán thiết kế công nghệ của các kỹ sư trên cơ sở hiểu biết về các quá trình công nghệ hoá học, đáp ứng các yêu cầu công nghệ nền tảng cơ bảncho mô hình hoá và mô phỏng các quá trình công nghệ từ khai thác tới chế biến trong các nhà máy xử lý khí và nhà máy làm lạnh sâu, cho đến các quá trình công nghệ lọc hoá dầu và công nghệ hoá học

- Ở mức độ cơ bản, việc hiểu biết và lựa chọn đúng các công cụ mô phỏng và các cấu tử cần thiết, cho phép mô hình hoá và mô phỏng các quá trình công nghệ một cách phù hợp và tin cậy Điều quan trọng nhất là phải hiểu biết sâu sắc quá trình công nghệ trước khi bắt đầu thực hiện mô phỏng, bởi vì mô phỏng chỉ cung cấp các công

cụ phục vụ cho mô phỏng tính toán công nghệ, mà không thể suy nghĩ thay cho các kỹ sư

1) Mục đích của mô phỏng.

- Mô phỏng – Simulation  là phương pháp mô hình hoá dựa trên việc thiết lập mô hình số, vì vậy còn được gọi là Digital Simulation Đây làmột công cụ rất mạnh để giải các biểu thức toán học mô tả các quá trình công nghệ hoá học Để mô phỏng một quá trình trong thực tế đòi hỏi trước hết phải thiết lập mô hình nguyên lý của quá trình và mối liên hệ giữa các thông số liên quan Tiếp đó là sử dụng các công

cụ toán học để mô tả mô hình nguyên lý, lựa chọn các thuật toán cần thiết Cuối cùng là tiến hành xử lý các biểu thức với các điều kiện ràng buộc

- Trong thực tế việc tính toán gặp hai khó khăn Thứ nhất đó là giải

hệ các phương trình đại số phi tuyến (thường phải sử dụng phương pháp tính lặp) Thứ hai là phép tính tích phân của các biểu thức vi phân (sử dụng các biểu thức vi phân hữu hạn rời rạc để xấp xỉ các biểu thức vi phân liên tục) Các mô hình toán học rất hữu ích trong tất cả các giai đoạn, từ nghiên cứu triển khai đến cải tiến phát triển nhà máy, và ngay cả trong nghiên cứu các khía cạnh thương mại và kinh tế của quá trình công nghệ

- Trong nghiên cứu công nghệ, dựa trên các số liệu nghiên cứu về cơ chế và động học của phản ứng trong phòng thí nghiệm hoặc các phân xưởng pilot, đánh giá ảnh hưởng của các điều kiện tiến hành quá trình để nghiên cứu tối ưu hoá và điều khiển quá trình, bao gồm cả nghiên cứu tính toán mở rộng quy mô sản xuất (scale-up)

- Trong nghiên cứu thiết kế, tính toán kích thước và các thông số của thiết bị và toàn bộ dây chuyền công nghệ, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố động học, nghiên cứu tương tác ảnh hưởng lẫn nhau của các công đoạn trong công nghệ khi có sự tuần hoàn nguyên liệu hoặc trao đổi nhiệt tận dụng tối ưu nhiệt của quá trình Mô phỏng tính toán điều khiển quá trình, khởi động, dừng nhà máy, xử lý các sự cố và các tính huống xảy ra trong quá trình vận hành nhà máy

- Một quá trình công nghệ hoá học trong thực tế là một tập hợp gồm rất nhiều yếu tố hết sức phức tạp có ảnh hưởng lẫn nhau (các thông số công nghệ như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng dòng, thành phần hỗnhợp phản ứng, xúc tác, các quá trình phản ứng song song và nối tiếp, hiệu ứng nhiệt của phản ứng, cân bằng pha trong hệ thống,…) Độ phức tạp của quá trình tăng lên, đồng nghĩa với số lượng các thông số liên quan, các biến số, các phương trình, các biểu thức toánhọc, các điều kiện ràng buộc tăng lên Giải quyết đồng thời các vấn

đề trên đòi hỏi một khối lượng tính toán cực kỳ lớn, việc tính toán bằng tay đòi hỏi rất nhiều thời gian và hầu như là không thể thực hiện được một cách chính xác và tin cậy

- Ngày nay với sự phát triển của công nghệ phần mềm tin học, sự ra đời của các phần mềm mô phỏng, việc nghiên cứu tính toán thiết kế công nghệ bằng phương pháp mô phỏng đang ngày càng phát triển,

đã trở nên phổ biến và chiếm ưu thế Mô phỏng công nghệ bằng các