›
›

Khóa luận Nghiên cứu xây dựng mô hình xử lý bụi bằng phương pháp ly tâm quy mô phòng thí nghiệm - Vũ Hoàng

pdf 59 trang huongle 1200
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Nghiên cứu xây dựng mô hình xử lý bụi bằng phương pháp ly tâm quy mô phòng thí nghiệm - Vũ Hoàng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_nghien_cuu_xay_dung_mo_hinh_xu_ly_bui_bang_phuong.pdf

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu xây dựng mô hình xử lý bụi bằng phương pháp ly tâm quy mô phòng thí nghiệm - Vũ Hoàng

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001 : 2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Vũ Hoàng Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. Bùi Thị Vụ HẢI PHÒNG - 2014
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH XỬ LÝ BỤI BẰNG PHƢƠNG PHÁP LY TÂM QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Vũ Hoàng Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. Bùi Thị Vụ HẢI PHÒNG - 2014
  3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Vũ Hoàng Mã SV: 1012301004 Lớp: MT1401 Ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Tên đề tài: Nghiên cứu xây dựng mô hình xử lý bụi bằng phƣơng pháp ly tâm quy mô phòng thí nghiệm.
  4. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp.
  5. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hƣớng dẫn: Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hƣớng dẫn: Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày .tháng .năm 2014 Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày tháng . năm 2014 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2014 Hiệu trƣởng GS.TS.NSƢT Trần Hữu Nghị
  6. PHẦN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: . 2. Đánh giá chất lƣợng của khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu ): 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi bằng cả số và chữ): Hải Phòng, ngày tháng năm 2014 Cán bộ hƣớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)
  7. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường MỤC LỤC MỞ ĐẦU 6 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BỤI 7 1.1. Định nghĩa và phân loại bụi 7 1.1.1. Định nghĩa bụi 7 1.1.2.Phân loại bụi 7 1.2. Nguồn gốc phát sinh bụi 9 1.2.1. Nguồn gốc tự nhiên 9 1.2.2. Nguồn ô nhiễm nhân tạo 9 1.3. Hiện trạng ô nhiễm bụi của Việt Nam 9 1.4. Ảnh hƣởng của ô nhiễm bụi 12 1.4.1.Đối với quá trình sản xuất 12 1.4.2.Đối với sức khỏe con ngƣời 12 1.5.Tính chất hóa lý của bụi 13 1.5.1.Tính phân tán 13 1.5.2.Tính bám dính 15 1.5.3.Tính mài mòn 15 1.5.4.Tính thấm 16 1.5.5.Tính nhiễm điện của hạt bụi 16 1.5.6.Tính cháy nổ 17 1.5.7.Tính lắng bụi do nhiệt 17 CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI 18 2.1. Xử lý bụi bằng phƣơng pháp khô 18 2.1.1.Xử lý lý bụi bằng buồng lắng 18 2.1.2.Xử lý bụi bằng túi vải 21 2.1.3.Xử lý bụi bằng thiết bị lắng quán tính 23 2.1.4.Xử lý bụi bằng phƣơng pháp ly tâm 24 2.1.5. Xử lý bụi bằng phƣơng pháp lọc bụi tĩnh điện 27 2.2.Xử lý bụi bằng phƣơng pháp ƣớt 30 2.2.1.Xử lí bụi bằng phƣơng pháp sử dụng buồng phun 30 2.2.2.Xử lí bụi bằng phƣơng pháp sử dụng Cyclone màng nƣớc 32 2.2.3.Xử lí bụi bằng phƣơng pháp xử dụng tháp tạo bọt 34 2.3.So sánh các thiết bị xử lý bụi 36 CHƢƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 3.1. Nội dung nghiên cứu 39 3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 39 3.2.1. Phƣơng pháp xây dựng mô hình 39 3.2.2. Phƣơng pháp xác định các thông số 40 Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 1
  8. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường 3.2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu xử lý bụi bằng mô hình Cyclone 41 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 43 4.1. Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone quy mô PTN 43 4.1.1. Tính toán kích thƣớc của mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone 43 4.1.3.Nguyên lý hoạt động của mô hình 47 4.2.Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số yếu tố đến hiệu suất lọc bụi của mô hình Cyclone 48 4.2.1.Khảo sát ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt đến hiệu suất xử lý 48 4.2.2.Khảo sát ảnh hƣởng của vận tốc dòng khí cấp vào đến hiệu suất xử lý 49 4.2.3.Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ bụi đến hiệu suất xử lý 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 2
  9. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT PTN : Phòng thí nghiệm KCN : Khu công nghiệp KTTĐ : Kinh tế trọng điểm Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 3
  10. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Bảng phân loại bụi theo kích thƣớc 8 Bảng 1.2. Thải lƣợng các chất ô nhiễm không khí từ các KCN thuộc các tỉnh của 4 vùng KTTĐ năm 2009 10 Bảng 1.3. Tỷ lệ % của bụi theo kích thƣớc 14 Bảng 1.4. Tỷ lệ lắng bụi cao lanh trên đƣờng hô hấp 14 Bảng 2.1. So sánh các thiết bị lọc bụi 36 Bảng 4.1. Thông số đầu vào của hệ thống lọc bụi Cyclone 43 Bảng 4.2. Kích thƣớc mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone 45 Bảng 4.3. Thông số đặc trƣng của 3 loại bụi đã thử nghiệm 48 Bảng 4.6. Kết quả về ảnh hƣởng của nồng độ bụi đến hiệu suất xử lý 51 Bảng 4.4. Hiệu suất xử lý 3 loại bụi bằng mô hình 48 Bảng 4.5. Ảnh hƣởng của vận tốc cấp khí đến hiệu suất xử lý 50 Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 4
  11. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Hàm lƣợng bụi lơ lửng trong không khí xung quanh một số KCN miền Bắc và miền Trung từ năm 2006 - 2008 11 Hình 2.1. Buồng lắng bụi kiểu đơn giản nhất 19 Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị lọc bụi túi vải tròn làm sạch bằng rung rũ 22 Hình 2.3. Thiết bị lọc bụi quán tính 23 Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị Cyclone 25 Hình 2.5. Cấu tạo của lọc bụi tĩnh điện 28 Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động của bộ lọc bụi 29 Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý buồng phun 31 Hình 2.8.Sơ đồ hệ thống Cyclon màng nƣớc 33 Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý tháp tạo bọt 35 Hình 4.1. Sơ đồ mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone 46 Hình 4.2. Mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone quy mô phòng thí nghiệm 47 Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 5
  12. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường MỞ ĐẦU Phát triển kinh tế đi đôi với bảo vệ môi trƣờng là chủ đề nóng bỏng đƣợc sự quan tâm và ủng hộ của nhiều nƣớc trên thế giới. Một trong những vấn đề đặt ra cho các nƣớc đang phát triển trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trƣờng ô nhiễm do các chất ô nhiễm phát sinh từ nền công nghiệp và hoạt động sản xuất. Điển hình nhƣ các ngành công nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, y dƣợc, luyện kim xi mạ, vật liệu xây dựng, đặc biệt là ngành vật liệu xây dựng đang phát triển mạnh mẽ. Trong những năm gần đây, tình hình kinh tế đã có những bƣớc phát triển mạnh mẽ, sự tăng dân số đã làm ảnh hƣởng trầm trọng đến môi trƣờng sinh thái tự nhiên về các mặt nhƣ: khí thải, tiếng ồn, rác thải và vấn đề cần quan tâm nhiều hơn là khí thải công nghiệp. Hiện nay, mỗi ngày lƣợng khí thải khổng lồ đƣợc thải ra từ các hoạt động giao thông vận tải và công nghiệp nhƣng hầu hết các nhà máy xí nghiệp chƣa xử lý hoặc xử lý chƣa đạt yêu cầu. Đặc biệt là vấn đề ô nhiễm bụi đối với môi trƣờng không khí đã làm ảnh hƣởng rất lớn đến sức khỏe của con ngƣời và môi trƣờng xung quanh. Vì vậy, xử lý ô nhiễm không khí do bụi là vấn đề rất cấp thiết. Trƣớc vấn đề cần thiết đó, đề tài “Nghiên cứu mô hình xử lý bụi bằng phƣơng pháp li tâm quy mô phòng thí nghiệm” đã đƣợc lựa chọn làm khóa luận tốt nghiệp. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 6
  13. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BỤI 1.1. Định nghĩa và phân loại bụi [6] 1.1.1. Định nghĩa bụi Bụi là tập hợp nhiều hạt có kích thƣớc bé, tồn tại lâu trong không khí dƣới dạng bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung nhiều pha gồm hơi, khói, sƣơng mù. Bụi bay có kích thƣớc từ 0,002-10 bao gồm tro, muội, khói và những hạt rắn đƣợc nghiền nhỏ, chuyển động theo kiểu Brownian hoặc rơi xuống đất với vận tốc không đổi theo định luật Stoke. Về mặt sinh học, bụi này thƣờng gây tổn thƣơng nặng cho cơ quan hô hấp, nhất là khi phổi nhiễm bụi thạch anh (siliccose) do hít phải không khí có chứa bụi bioxit silic lâu ngày. Bụi lắng có kích thƣớc lớn hơn 10 , thƣờng rơi nhanh xuống đất theo định luật Newton với tốc độ tăng dần. Về mặt sinh học, bụi này thƣờng gây tổn hại cho da, mắt, gây nhiễm trùng, gây dị ứng. 1.1.2.Phân loại bụi a. Phân loại bụi theo nguồn gốc Bụi có thể có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ: - Bụi hữu cơ nhƣ bụi thực vật (gỗ, bông), bụi động vật (len, lông, tóc), bụi nhân tạo (nhựa hóa học, cao su). - Bụi vô cơ nhƣ bụi khoáng chất (thạch anh, amiăng), bụi kim loại (sắt, đồng, chì). b. Phân loại bụi theo tác hại Theo tác hại 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 thƣ (bụi quặng, crom, các chất phóng xạ ) Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 7
  14. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường - Bụi xơ hóa phổi (thạch anh, quặng amiăng ) c. Phân loại bụi theo kích thước Phân loại bụi theo kích thƣớc dựa theo bảng 1.1. Bảng 1.1. Bảng phân loại bụi theo kích thước Khoảng kích Khoảng kích thƣớc Tên chung Thang đo φ thƣớc (mm) (lớp Wentworth) (inch) 256 mm > 10,1 in Đá tảng −6 đến −8 64–256 mm 2,5–10,1 in Đá cuội −5 đến −6 32–64 mm 1,26–2,5 in Sỏi rất thô −4 đến −5 16–32 mm 0,63–1,26 in Sỏi thô −3 đến −4 8–16 mm 0,31–0,63 in Sỏi trung bình −2 đến −3 4–8 mm 0,157–0,31 in Sỏi mịn −1 đến −2 2–4 mm 0,079–0,157 in Sỏi rất mịn 0 đến −1 1–2 mm 0,039–0,079 in Hạt rất thô 1 đến 0 ½–1 mm 0,020–0,039 in Hạt thô 2 đến 1 ¼–½ mm 0,010–0,020 in Hạt trung bình 3 đến 2 125–250 µm 0,0049–0,010 in Hạt mịn 4 đến 3 62,5–125 µm 0,0025–0,0049 in Hạt rất mịn 8 đến 4 3,90625–62,5 µm 0,00015–0,0025 in Bùn (bột) > 8 10 < 1 µm < 0,000039 in Hệ keo [Nguồn: ích_thước_hạt] Ghi chú : Thang đo phi (φ) Krumbein, một sự sửa đổi từ thang đo Wentworth được W. C. Krumbein tạo ra, là một thang đo lôgarit, được tính theo công thức: Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 8
  15. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường φ = -log2 ( kích thƣớc hạt theo mm) Thang phân chia theo logarit đƣợc nhiều nhà trầm tích học và thổ nhƣỡng học trên thế giới công nhận và sử dụng rộng rãi hơn vì họ cho rằng sự phân bố thành phần các hạt trong tự nhiên tuân theo luật logarit. 1.2. Nguồn gốc phát sinh bụi [4] 1.2.1. Nguồn gốc tự nhiên Các hoạt động tự nhiên có thể làm tăng hàm lƣợng bụi tại một thời điểm và một không gian nào đó nhƣ gió lốc, bão tố mang theo bụi đất cát trên mặt đất tung vào bầu không khí. Núi nửa hoạt động có thể phun vào bầu khí quyển một lƣợng bụi khổng lồ, hay cháy rừng tại những khu vực hanh khô kéo dài cũng tạo ra một lƣợng bụi rất lớn. Những hiện tƣợng nhƣ trên không xảy ra liên tục, tốc độ phát tán lớn và phântán ra một vùng rộng lớn nên hàm lƣợng bụi giảm nhanh. Nhìn chung ô nhiễm bụi do thiên nhiên tạo ra về khối lƣợng là rất lớn, song thƣờng phân bố trong một không gian rộng, không liên tục nên ít gây nguy hại. 1.2.2. Nguồn ô nhiễm nhân tạo Nguồn ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng nhƣng chủ yếu do hoạt động công nghiệp, khai khoáng, giao thông vận tải, xây dựng, đốt nhiên liệu hoá thạch, nông nghiệp và các hoạt động khác Đốt nhiên liệu thải ra bụi than, tro. Chế hoá quặng tạo ra bụi uranium. Khai khoáng, giao thông vận tải, luyện kim sản xuất xi măng, sản xuất hoá chất, xây dựng thải ra bụi khoáng vô cơ. Các cơ sở sản xuất ắc quy thải ra bụi chì. Bụi phấn hoa, bông, nấm lại có nguồn gốc thực vật. Bụi dạng lông tóc có nguồn gốc động vật Các nguồn ô nhiễm nhân tạo nguy hiểm ở chỗ rất dễ xảy ra hiện tƣợng cục bộ với nồng độ cao gây tác hại lớn đối với ngƣời và sinh vật. 1.3. Hiện trạng ô nhiễm bụi của Việt Nam Trong những năm gần đây nền kinh tế nƣớc ta phát triển với tốc độ cao. Nhiều khu công nghiệp tập trung đã, đang và sẽ đƣợc xây dựng, kéo theo giao Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 9
  16. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường thông vận tải phát triển, các phƣơng tiện giao thông ngày càng nhiều Tất cả các yếu tố tăng trƣởng trên chắc chắn sẽ kéo theo ô nhiễm môi trƣờng ngày càng trầm trọng hơn, đặc biệt là ô nhiễm bụi. Nền kinh tế nƣớc ta tăng trƣởng nhanh, công nghiệp phát triển mạnh đòi hỏi phải có nguyên liệu và năng lƣợng phục vụ cho sản xuất nên đòi hỏi các ngành khai thác mỏ phát triển. Ngành khai thác mỏ và vận chuyển các sản phẩm khai thác đã gây ô nhiễm bụi nay lại càng nặng nề hơn. Một trong những loại khai thác gây ô nhiễm bụi nghiêm trọng là khai thác than. Theo một số tài liệu đã công bố, cứ khai thác 1000 tấn than trong mỏ hầm lò tạo ra từ 10 - 12 kg bụi, lƣợng bụi này sinh ra trong quá trình vận chuyển than từ mỏ về nơi tập kết hoặc các bến cảng và quá trình sàng tuyển. Trong thực tế khai thác than lộ thiên lƣợng bụi tạo ra gấp đôi khai thác hầm lò. Theo dự kiến đến năm 2025 tại vùng mỏ Quảng Ninh lƣợng than sẽ khai thác là 1 tỷ tấn than. Ƣớc tính lƣợng bụi tạo ra từ khai thác và vận chuyển than khoảng 30 triệu tấn bụi. Lƣợng bụi thải ra từ các hoạt động nhân tạo của con ngƣời là tƣơng đối lớn, đặc biệt là các khu công nghiệp. Thải lƣợng bụi từ các khu công nghiệp của Việt Nam đƣợc thể hiện trong bảng 1.2. Bảng 1.2. Thải lượng các chất ô nhiễm không khí từ các KCN thuộc các tỉnh của 4 vùng KTTĐ năm 2009 Thải lƣợng bụi STT Khu vực (kg/ngày) A. Vùng KTTĐ Bắc Bộ 22.173 1 Hà Nội 5.231 2 Hải Phòng 2.006 3 Quảng Ninh 1.151 4 Hải Dƣơng 3.404 5 Hƣng Yên 1.766 B. Vùng KTTĐ miền Trung 8.409 Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 10
  17. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường 1 Đà Nẵng 3.402 C. Vùng KTTĐ phía Nam 59.116 1 TP HCM 8.251 2 Đồng Nai 25.606 3 Bình Dƣơng 6.564 [Nguồn: Trung tâm Công nghệ Môi trường (ENTEC), tháng 5/2009] Các ngành công nghiệp nhƣ: nhiệt điện, sản xuất xi măng, vật liệu xây dựng, luyện kim cũng là những ngành gây ô nhiễm bụi nghiêm trọng vì phần lớn các nhà máy xí nghiệp chƣa đƣợc trang bị hệ thống xử lí bụi ngay từ nguồn phát ra. Tình trạng ô nhiễm bụi tại các KCN diễn ra khá phổ biến, đặc biệt vào mùa khô và đối với các KCN đang trong qua trình xây dựng. Hàm lƣợng bụi lơ lửng trong không khí xung quanh của các KCN qua các năm đều vƣợt QCVN theo biểu đồ 1.1. Hình 1.1. Hàm lượng bụi lơ lửng trong không khí xung quanh một số KCN miền Bắc và miền Trung từ năm 2006 - 2008 [Nguồn: Trung tâm Công nghệ Môi trường (ENTEC), tháng 5/2009] Nền kinh tế phát triển, tốc độ đô thị hoá nhanh đòi hỏi phải xây dựng cơ sở hạ tầng nhƣ mặt bằng để xây dựng các khu công nghiệp, đƣờng giao thông đƣợc nâng cấp mở rộng và làm mới một lƣợng đất đỏ khổng lồ đƣợc vận chuyển Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 11
  18. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường trên các đƣờng giao thông không tránh khỏi vƣơng vãi ra đƣờng, mật độ phƣơng tiện giao thông dày đặc càng làm cho hiện tƣợng ô nhiễm bụi trên các đƣờng giao thông của nƣớc ta vƣợt rất nhiều lần mức cho phép. Trƣớc thực trạng trên cần phải có một giải pháp hữu hiệu làm hạn chế ô nhiễm bụi tại các tuyến đƣờng có mức độ ô nhiễm nặng và các khu đô thị là vấn đề cấp bách vì nú không chỉ ảnh hƣởng đến mĩ quan giao thông mà nó còn ảnh hƣởng tới sức khoẻ cộng đồng. 1.4. Ảnh hƣởng của ô nhiễm bụi [4] 1.4.1. Đối với quá trình sản xuất Trong đa số các ngành công nghiệp và nông nghiệp tại Việt Nam, phần lớn các khâu sản xuất đều phát sinh ra bụi. Bụi có thể phủ lên bề mặt các thiết bị sản xuất làm tăng khả năng ăn mòn, gây hƣ hỏng bề mặt của thiết bị sản xuất. Bụi sinh ra trong các đƣờng ống hay các hệ thống quạt gió sau một thời gian dài làm giảm hiệu suất của thiết bị hoặc nếu không đƣợc xử lý có thể gây tắc nghẽn, hƣ hại thiết bị. Bụi bám thành lớp dày từ 1-5 cm có thể làm giảm khả năng trao đổi nhiệt của các thiết bị phát ra nhiệt trong quá trình hoạt động với môi trƣờng. Làm giảm tuổi thọ của các thiết bị này. 1.4.2. Đối với sức khỏe con người Bụi có thể gây tổn thƣơng đối với mắt, da hoặc hệ tiêu hoá (một cách ngẫu nhiên), nhƣng chủ yếu vẫn là sự thâm nhập của bụi do hít thở. Mũi với các ống dẫn khí uốn lƣợn có bề mặt bao phủ bởi chất nhầy cùng với lông mũi đƣợc xem nhƣ một nhà máy lọc bụi rất hiệu quả đối với các hạt có kích thƣớc trên 10mm và một tỷ lệ đáng kể đối với các hạt có kích thƣớc từ 2,5mm. Các hạt có kích thƣớc nhỏ hơn 10mm còn lại tiếp tục đi sâu vào các ống khí quản. Tại đây các hạt bụi lớn bị lắng đọng hoặc dính vào thành ống dẫn do va đập rồi nhờ chất nhầy và lớp lông của tế bào biểu bì chúng bị chuyển hoá dần lên phía trên để cuối cùng bị khạc ra ngoài hoặc bị nuốt chửng vào đƣờng Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 12
  19. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường tiêu hoá. Các hạt có kích thƣớc nhỏ hơn từ 1 ÷ 2mm tiếp tục đi sâu vào tận các vùng thở của phổi và hầu nhƣ bị lắng đọng ở đó. Các loại bụi có kích thƣớc nhỏ hơn nữa dƣới 0,5mm thì tránh đƣợc sự lắng đọng ngay cả trong không gian thở của phổi và lại đƣợc thở ra. Nếu kích thƣớc hạt bụi tiếp tục giảm xuống thì đến một cấp nào đó sự khuếch tán nguyên tử cộng với chuyển động Brown của những hạt rất nhỏ trở thành có ý nghĩa và sự lắng đọng lại tăng lên. Các quá trình này phụ thuộc vào tần số thở và khối lƣợng không khí hít vào thở ra của mỗi ngƣời, vì thế có sự khác nhau nhất định từ ngƣời này sang ngƣời khác. Loại bụi của vật liệu có tính ăn mòn hoặc độc tan trong nƣớc mà lắng đọng ở mũi, mồm hay đƣờng hô hấp trên có thể gây tổn thƣơng nhƣ làm thủng rách các mô, vách ngăn mũi Loại bụi này vào sâu bên trong phổi có thể bị hấp thụ vào cơ thể và gây nhiễm độc hoặc gây dị ứng bằng sự co thắt đƣờng hô hấp nhƣ bệnh hen suyễn. Đại diện cho nhóm bụi độc hại dễ tan trong nƣớc là các muối của chì. Các nhà nghiên cứu về độc tố học đã xác định rằng: nếu đƣa vào cơ thể 1 gam bụi chì trong một lần và không đƣợc thoát ra ngoài do nôn mửa thì hậu quả chắc chắn là tử vong, liều lƣợng 10 mg hàng ngày gây bệnh cấp tính nghiêm trọng và 1mg/ngày gây bệnh mãn tính. Một trong những loại bệnh nguy hại lớn cho sức khoẻ là bệnh bụi phổi, các loai bụi gây tác hại lâu dài nhƣ: bụi silic, bụi amiăng, bụi kim loại, bụi bông 1.5. Tính chất hóa lý của bụi [7] 1.5.1. Tính phân tán Phân tán là trạng thái của bụi trong không khí, phụ thuộc vào trọng lƣợng hạt bụi (sức nặng) và sức cản của không khí. Bụi bé hơn 10 m thì sức cản gần bằng sức nặng, chúng sẽ rơi theo tốc độ không đổi. Bụi có kích thƣớc lớn, sức nặng lớn hơn sức cản nên sẽ rơi theo vận tốc tăng dần (bụi rơi có gia tốc). Nhƣ vậy những hạt có kích thƣớc lớn sẽ rơi xuống đất còn các hạt bé hơn sẽ bay trong không khí, trong đó bụi cỡ 2 m chiếm 40-90%. Ví dụ bụi thạch anh cỡ 10 Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 13
  20. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường m trong không khí chuyển động mỗi giây rơi xuống đƣợc 7,87 mm, bằng 100 lần tốc độ của hạt bụi có kích thƣớc 1 m (0,078 mm/s). Tính chất này cho ta thấy rõ ảnh hƣởng của bụi đến việc thâm nhập vào cơ quan hô hấp và đến phƣơng pháp phòng chống bụi. Bảng 1.3 giới thiệu mức độ phân tán của một số loại bụi trong sản xuất (theo Piky). Bảng 1.3. Tỷ lệ % của bụi theo kích thước [7] Thao tác Loại bụi 2 m 2-5 m 5-10 >10 m m Tiện Gỗ 48 20.0 20.0 8.0 Phay Kim loại 37 31.5 9.5 2.0 Mài Đá 62 24.5 10.0 3.5 Bảng 1.4. Tỷ lệ lắng bụi cao lanh trên đường hô hấp [7] Kích thƣớc % lắng đọng % đọng ở % đọng ở trong chung đƣờng hô hấp phế bào ( m ) 0.5 47.8 9.2 34.5 0.9 63.5 16.5 50.5 1.3 68.7 26.5 34.8 1.6 71.7 46.5 25.9 5.0 92.3 82.7 9.8 Tùy theo mức độ phân tán của bụi, sự lắng đọng của bụi khác nhau ở các bộ phận của cơ quan hô hấp. Bảng 1.4 giới thiệu sự lắng đọng của bụi cao lanh theo Paul, Hatch 1956. Số liệu trong bảng cho thấy % bụi lắng đọng ở đƣờng hô hấp trên tăng theo kích thƣớc hạt bụi, còn bụi đọng lại ở phế bào thƣờng là những hạt bụi dƣới 2 m. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 14
  21. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường 1.5.2. Tính bám dính Tính bám dính của hạt xác định xu hƣớng kết dính của chúng. Độ kết dính của hạt tăng có thể làm cho thiết bị lọc bị nghẽn do sản phẩm lọc. Kích thƣớc hạt càng nhỏ thì chúng càng dễ bám dính vào bề mặt thiết bị. Bụi có 60 - 70% hạt có đƣờng kính nhỏ hơn 10 đƣợc coi là bụi kết dính. Bảng 1.5. Phân loại bụi theo độ bám dính [7] Đặc trƣng kết dính của bụi Tên gọi Bụi xỉ khô, bụi thạch anh (cát khô), bụi Không kết dính sét khô. Tro bay chứa nhiều sản phẩm chƣa cháy, Kết dính yếu bụi than cốc, bụi magezit (MgCO3) khô, tro phiến thạch, bụi apatit khô, bụi lò cao, bụi đỉnh lò. Tro bay chết hết, tro than bùn, bụi than Kết dính vừa bùn, bụi magezit ẩm, bụi kim loại, bụi pirit, các oxit của chì, kẽm và thiếc, bụi xi măng khô, bồ hóng, sữa khô, bụi tinh bột, mạt cƣa. Bụi xi măng thoát ra từ không khí ẩm, bụi thạch cao và thạch cao mịn, phân Kết dính mạnh bón, supperphotphat kép, bụi clinke, natri chứa muối, bụi sợi, tất cả các loại bụi có kích thƣớc nhỏ hơn 10 . 1.5.3. Tính mài mòn Tính mài mòn của bụi đặc trƣng cho cƣờng độ mài mòn kim loại ở vận tốc nhƣ nhau của khí và nồng độ nhƣ nhau của bụi. Nó phụ thuộc vào độ cứng, hình dạng, kích thƣớc và mật độ của hạt. Tính mài mòn của bụi đƣợc tính đến Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 15
  22. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường khi chọn vận tốc của khí, chiều dày của thiết bị và đƣờng ống dẫn khí cũng nhƣ chọn vật liệu ốp của thiết bị. 1.5.4. Tính thấm Tính thấm nƣớc có ảnh hƣởng nhất định đến hiệu quả của thiết bị lọc bụi kiểu ƣớt, đặc biệt khi thiết bị làm việc có tuần hoàn. Khi các hạt khó thấm tiếp xúc với bề mặt chất lỏng, chúng bị bề mặt chất lỏng bao bọc. Ngƣợc lại đối với các hạt dễ thấm chúng không bị nhúng chìm hay bao phủ bởi các hạt lỏng, mà nổi trên bề mặt nƣớc. Sau khi bề mặt chất lỏng bao bọc phần lớn các hạt, các hạt còn lại tiếp tục tới gần chất lỏng, do kết quả của sự va đập đàn hồi với các hạt đƣợc nhúng chìm trƣớc đó, chúng có thể bị đẩy trở lại dòng khí, do đó hiệu quả lọc thấp. Các hạt phẳng dễ thấm hơn so với các hạt có bề mặt không đều. Sở dĩ nhƣ vậy là do các hạt có bề mặt không đều hầu hết đƣợc bao bọc bởi vỏ khí đƣợc hấp thụ cản trở sự thấm. 1.5.5. Tính nhiễm điện của hạt bụi Tính mang điện của bụi ảnh hƣởng đến trạng thái của bụi trong đƣờng ống và hiệu suất của bụi (đối với thiết bị lọc bằng điện, thiết bị lọc kiểu ƣớt ). Ngoài ra tính mang điện còn ảnh hƣởng đến an toàn cháy nổ và tính bám dính. Nhờ kính hiển vi, ngƣời ta xác định đƣợc điện tích của hạt bụi. Bụi đặt trong một điện trƣờng 3000 Volt sẽ bị hút với tốc độ khác nhau tùy theo kích thƣớc của hạt bụi. Do đó, khi thiết kế hệ thống xử lý bụi bằng tĩnh điện cần lƣu ý đến kích thƣớc hạt bụi. Bảng 1.6. Tốc độ hút bụi của điện thế 3000 Volt [7] Đƣờng kính ( m) Tốc độ (cm/s) 100 885 10.0 88.5 1.00 8.85 0.10 0.88 Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 16
  23. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường 1.5.6. Tính cháy nổ Bụi cháy đƣợc do bề mặt tiếp xúc với oxy trong không khí, có khả năng tự bốc cháy và tạo thành hỗn hợp nổ với không khí. Cƣờng độ nổ của bụi phụ thuộc vào tính chất hóa học, tính chất nhiệt của bụi, kích thƣớc và hình dạng của các hạt, nồng độ của chúng trong không khí, độ ẩm và thành phần của khí, kích thƣớc và nhiệt độ nguồn cháy. 1.5.7. Tính lắng bụi do nhiệt Nếu cho khói chuyển động từ một ống có nhiệt độ cao sang một ống có nhiệt độ thấp hơn rất nhiều sẽ có hiện tƣợng phần lớn khói lắng đọng trên bề mặt ống lạnh hơn. Hiện tƣợng này là do sự trầm lắng của các hạt do sự giảm tốc độ chuyển động của phân tử khí theo nhiệt độ. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 17
  24. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI 2.1. Xử lý bụi bằng phƣơng pháp khô [1,2,3] Phƣơng pháp lọc bụi khô thƣờng dùng để thu hồi các loại bụi có thể tận dụng lại hoặc tái chế 2.1.1. Xử lý lý bụi bằng buồng lắng a. Cấu tạo Cấu tạo của buồng lắng rất đơn giản - đó là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đƣờng ống dẫn khí. b. Nguyên tắc Trong buồng lắng, hạt bụi tách ra khỏi dòng không khí dƣới tác dụng của lực trọng trƣờng và có hƣớng rơi xuống đất. Đồng thời, hạt bụi chịu lực ma sát của các phần tử khí. c. Nguyên lý hoạt động Nguyên lí chung của phƣơng pháp này là dựa vào sự thay đổi tốc độ đột ngột của dòng khí làm cho động năng của dòng khí giảm, làm cho năng lƣợng của hạt bụi giảm và do chúng có khối lƣợng lớn nên dƣới tác dụng của trọng lực trái đất nó sẽ chìm xuống đáy buồng lắng. Buồng lắng bụi đƣợc ứng dụng để lắng bụi thô có kích thƣớc hạt từ 60- 70 trở lên. Tuy vậy, các hạt có kích thƣớc nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng. Một vài ứng dụng thiết bị này là dùng trong lò vôi, lò đốt và các nhà máy chế biến thức ăn gia súc. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 18
  25. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường Hình 2.1. a, Buồng lắng bụi kiểu đơn giản nhất b, Buồng lắng bụi có vách ngăn Để tính toán buồng lắng, vận tốc rơi của hạt bụi trong không khí (hay “vận tốc treo”) đƣợc xác định bằng công thức tính toán hay tra biểu đồ phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất môi trƣờng, kích thƣớc hạt bụi và trọng lƣợng riêng của hạt bụi. Hạt bụi rơi trong không khí do tác dụng của trong lƣợng bản thân G và chịu sức cản của môi trƣờng không khí Pms với vận tốc rơi vtr đƣợc tính bằng công thức Stốc : G V ( ) g N v k 2 v2 Pms c k N 4 2 Công thức Stốc: 2 g vtr v k m / s 18 Ngƣời ta thƣờng cấu trúc buồng lắng bụi theo phƣơng ngang. Dòng khí chứa hạt bụi đi ngang qua không gian buồng lắng với vận tốc đƣợc dàn đều trên Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 19
  26. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường toàn mặt cắt ngang. Thông thƣờng tốc độ dòng khí không vƣợt quá 0,3m/s trên toàn mặt cắt ngang. Điều kiện để 1 hạt bụi lắng trong buồng bụi là: u L H v tr u - Tốc độ dòng khí trong buồng lắng. v - Tốc độ treo của hạt bụi. H - Chiều cao khoảng lắng trong buồng. L - Chiều dài khoảng lắng trong buồng. Để giảm bớt kích thƣớc buồng lắng ngƣời ta có thể chia chiều cao buồng lắng thành nhiều ngăn theo phƣơng ngang để giảm chiều cao tính toán H. d. Ưu,nhược điểm và phạm vi ứng dụng Ưu điểm - Loại bỏ đƣợc các loại bụi có kích thƣớc lớn. - Vận hành đơn giản. - Không tốn nhiều năng lƣợng vận hành. Nhược điểm: - Buồng lắng bụi có hiệu suất thấp, chỉ thu đƣợc các hạt bụi lớn nên thƣờng chỉ dùng để thu lại phế liệu nhƣ cát, phoi bào, mùn cƣa Với các hạt <90 µm hiệu quả lắng đạt 46 ~ 75%. Phạm vi ứng dụng - Sử dụng để xử lý các loại bụi có kích thƣớc lớn trong các ngành công nhiệp luyện kim, chế biến ghỗ, sản xuất vật liệu xây dựng Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 20
  27. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường 2.1.2. Xử lý bụi bằng túi vải a. Cấu tạo Hệ thống này bao gồm những túi vải hoặc túi sợi đan lại, dòng khí có thể lẫn bụi đƣợc hút vào trong ống nhờ một lực hút của quạt li tâm. Những túi này đƣợc đan lại hoặc chế tạo cho kín một đầu. Hỗn hợp khí bụi đi vào trong túi, kết quả là bụi đƣơc giữ lại trong túi. b. Nguyên tắc Bụi càng bám nhiều vào các sợi vải thì trở lực do túi lọc càng tăng. Túi lọc phải làm sạch theo định kỳ, tránh quá tải cho các quạt hút, làm cho dòng khí có lẫn bụi không thể vào túi lọc. Để làm sạnh túi có thể dùng biện pháp rũ túi để làm sạch bụi ra khỏi túi hoặc có thể dùng các sóng âm truyền trong không khí hoặc rũ túi bằng phƣơng pháp đổi ngƣợc chiều dòng khí, dùng áp lực hoặc ép từ từ. c. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý lọc bụi túi vải nhƣ sau: 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 đƣợc dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ đƣợc cả các hạt bụi có kích thƣớc rất nhỏ. Hiệu quả lọc đạt tới 99,8% và lọc đƣợc 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 lọc quá lớn, ta phải ngƣng cho khí thải đi qua và tiến hành loại bỏ lớp bụi bám trên mặt vải. Thao tác này đƣợc gọi là hoàn nguyên khả năng lọc. Vải lọc có thể là vải dệt hay vải không dệt, hay hỗn hợp cả 2 loại. Nó thƣờng đƣợc làm bằng sợi tổng hợp để ít bị ngấm hơi ẩm và bền chắc. Chiều dày vải lọc càng cao thì hiệu quả lọc càng lớn. Một vài căn cứ để chọn túi lọc là nhiệt độ nung chảy, tính kháng axit hoặc kháng kiềm, tính chống mài mòn, chống co và năng suất lọc của từng loại vải. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 21
  28. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường Một vài loại sợi thƣờng đƣợc dùng bao gồm sợi bông, sợi len, nylon, sợi amiăng, sợi silicon, sợi thủy tinh. Thiết bị lọc bụi túi vải thƣờng đặt phía sau thiết bị lọc bụi cơ học để giữ lại những hạt bụi nhỏ mà quá trình lọc cơ học không giữ lại đƣợc. Khi các hạt bụi thô hoàn toàn đã đƣợc tách ra thì lƣợng bụi trong túi sẽ giảm đi. Bộ rũ bụi Không khí lẫn b ụi vào Không khí lẫn bụi ra Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị lọc bụi túi vải tròn làm sạch bằng rung rũ d. Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng Ưu điểm: - Xử lý tốt các loại bụi có kích thƣớc nhỏ - Chi phí lắp đặt rẻ - Hoạt động với tần suất lớn - Cấu tạo đơn giản Nhược điểm: - Hoạt động trong điều kiện ít biến động Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 22
  29. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường - Yêu cầu hoàn nguyên vật liệu lọc định kỳ - Hoạt động kém trong điều kiện độ ẩm cao Phạm vi ứng dụng: - Một vài ứng dụng của túi lọc là trong các nhà máy xi măng, lò đốt, lò luyện thép và máy nghiền ngũ cốc. - Ứng dụng phổ biến trong xử lý bụi trong nhiều ngành công nghiệp nhƣ luyện kim, sản xuất xi măng, sản xuất thủy tinh, may mặc . 2.1.3. Xử lý bụi bằng thiết bị lắng quán tính a. Cấu tạo Một số dạng thiết bị lọc bụi kiểu quán tính: venture, kiểu màn chắn uốn cong, kiểu lá sách, kiểu quán tính kết hợp với buồng lắng bụi, thiết bị lọc tro lò hơi của Ambuco Hình 2.3. Thiết bị lọc bụi quán tính b. Nguyên lý hoạt động Nguyên lí cơ bản để chế tạo thiết bị lọc bụi kiểu quán tính là làm thay đổi chiều hƣớng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng những vật cản có hình dáng khác nhau. Khi dòng khí đổi hƣớng chuyển động thì bụi do có sức quán tính sẽ giữ hƣớng chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất động năng và rơi xuống đáy thiết bị. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 23
  30. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường c. Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng Ưu điểm: - Cấu tạo đơn giản - Hoạt động không tốn nhiều năng lƣợng - Dễ vận hành và sửa chữa - Chi phí sản xuất thấp - Xử lý đƣợc bụi có kích thƣớc lớn Nhược điểm: - Xử lý kém hiệu quả với bụi có kích thƣớc nhỏ - Hiệu suất không cao Phạm vi ứng dụng - Ứng dụng phổ biến trong xử lý bụi trong nhiều ngành công nghiệp nhƣ luyện kim, sản xuất xi măng, sản xuất thủy tinh . 2.1.4. Xử lý bụi bằng phương pháp ly tâm a. Cấu tạo Thiết bị bao gồm một hình trụ với một đƣờng ống dẫn khí có lẫn bụi vào thiết bị theo đƣờng tiếp tuyến với hình trụ và một đƣờng ống tại trục thiết bị dùng để thoát khí sạch ra. Vận tốc của dòng khí đi vào thƣờng nằm trong khoảng 17-25 m/s sẽ tạo ra dòng khí xoáy với lực li tâm rất lớn làm cho các hạt giảm động năng, giảm quán tính khi va đập vào thành thiết bị và lắng xuống phía dƣới. Phía dƣới là một đáy hình nón và một phễu thích hợp để thu bụi và lấy bụi ra. b. Nguyên tắc Sử dụng lực ly tâm là lực phát sinh khi vật thể tham gia vào một chuyển động quay. Lực ly tâm có xu hƣớng đẩy vật thể đi ra xa tâm quay. Độ lớn của lực ly tâm tỉ lệ thuận với trọng lƣợng vật thể và tốc độ quay quanh trục của vật thể. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 24
  31. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường m u2 P m R 2 R Trong đó: P - Lực ly tâm đặt lên vật thể. m - Khối lƣợng 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 c. Nguyên lý hoạt động Dòng khí có chứa bụi đƣợc sự trợ giúp của quạt, làm cho chúng chuyển động xoáy trong vỏ hình trụ và chuyển động dần xuống tới phần hình nón. Dòng khí chuyển động vƣợt quá tới phần hình nón, tạo ra một lực li tâm làm cho hạt bụi văng ra khỏi dòng khí, va chạm vào vách Cyclone và cuối cùng rơi xuống phễu. Cyclone có thể sử dùng dạng đơn hoặc Cyclone dạng chùm tức là bao gồm nhiều Cyclone mắc song song với nhau nhằm làm tăng hiệu quả lọc của tập hợp thiết bị. Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị Cyclone Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 25
  32. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường Giải các phƣơng trình toán về chuyển động của hạt bụi đơn lẻ trong Cyclone, ngƣời ta có đƣợc các công thức tính sau: Đƣờng kính hạt bụi nhỏ nhất thu lại trong Cyclone là: R d 3 x x k x ln 2 x n x R m 1 (m) Thời gian hạt bụi lƣu trong Cyclone là: 18 x R x k x ln 2 2 2 R x d m 1 Trong đó: ν hệ số nhớt động học m2/s. d- đƣờng kính hạt bụi m.ν Ω- tốc độ góc của hạt bụi n- số vòng quay của hạt bụi trong Cyclone 3 γ k và γ m trọng lƣợng riêng của bụi và không khí kg/m . R1- Bán kính ống tâm. m. R2- Bán kính phần hình trụ của Cyclone 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 thƣớc cấu tạo nên Cyclone. Vì thế, trong thực tế, ngƣời ta không thiết kế Cyclone theo lý thuyết mà tính chọn Cyclone theo các loại Cyclone chuẩn đã đƣợc chế tạo, thử nghiệm và đo đạc các thông số cần thiết. Các loại Cyclone của Liên Xô thiết kế thử nghiệm có tốc độ khí trên cửa vào từ 15~ 25 m/s, và thƣờng đƣợc dùng lọc bụi có đƣờng kính d = 6 ÷ 10 µm với hiệu suất 75 ÷ 85% và lọc bụi có đƣờng kính d >20 µm với hiệu suất 92 ÷ 95%. Các loại Cyclone thƣờng có đƣờng kính phần hình trụ D = 400; 500; 630 và 800 mm. Các kích thƣớc hình học khác của cyclon tỷ lệ với đƣờng kính phần hình trụ D. Đƣờng đặc tuyến làm việc của Cyclone có dạng đƣờng thẳng trên biểu đồ có thang chia theo hàm logarit biểu Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 26
  33. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường thị quan hệ giữa lƣu lƣợng và trở lực của dòng khí qua Cyclone. Cyclone thƣờng làm việc trong khoảng trở lực 140 ÷ 170 kg/m2 với vận tốc tối ƣu cho mỗi loại Cyclone. 3 d. Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng Ưu điểm: - Không có phần chuyển động. - Có thể làm việc ở môi trƣờng nhiệt độ cao. - Có khả năng thu hồi vật liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt Cyclone. - Thu hồi bụi ở dạng thô. - Trở lực cố định và không lớn. - Làm việc ở điều kiện áp suất cao. - Chế tạo và hoạt động đơn giản. - Chi phí vận hành rẻ. - Năng suất cao. Nhược điểm: - Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thƣớc nhỏ hơn 5µm. - Không thể thu hồi bụi kết dính. Phạm vi ứng dụng: Trong công nghiệp Cyclone đƣợc chia làm 2 nhóm: Hiệu quả cao và năng suất cao. Nhóm thứ nhất đạt hiệu quả cao nhƣng đòi hỏi chi phí lớn, nhóm thứ 2 có trở lực nhỏ nhƣng thu hồi các hạt mịn kém hơn. Trong thực tế, ngƣời ta ứng dụng Cyclone trụ và chóp (không có thân trụ). Cyclone trụ thuộc loại năng suất cao. Đƣờng kính trụ không lớn hơn 2.000mm và Cyclone chóp nhỏ hơn 3.000 mm. Vận tốc khí qua Cyclone đạt từ 2,2 đến 5,0 m/s. 2.1.5. Xử lý bụi bằng phương pháp lọc bụi tĩnh điện a.Cấu tạo Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 27
  34. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường Thiết bị lọc bụi tĩnh điện sử dụng một hiệu điện thế cực cao lắp đặt dọc theo ống hình trụ có hai cửa thu khí bẩn và thoát khí sạch ra ngoài để tách bụi, hơi, sƣơng, khói khỏi dòng khí,các hạt có khả năng mang điện. Điện cực âm Điện cực dƣơng Quầng sáng Dòng khí Ion âm Ion dƣơng Ion âm Hạt bụi nhiễm điện âm Hình 2.5. Cấu tạo của lọc bụi tĩnh điện b. Nguyên tắc Sử dụng lực điện trƣờng để tách bụi. c. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý làm việc của thiết bị nhƣ sau: Khi cho dòng không khí lẫn bụi đi qua điện trƣờng 1 chiều đủ mạnh, chất khí sẽ bị ion hóa bám vào bề mặt hạt bụi làm bề mặt hạt bụi nhiễm điện. Do tác dụng của lực điện trƣờng, hạt mang điện tích điện sẽ bị hút về cực khác dấu (thƣờng là cực dƣơng). Khi va vào điện cực, hạt bụi bị trung hoà điện và rơi xuống phía dƣới đáy xả bụi. Điện trƣờng một chiều trong thiết bị thƣờng có điện áp rất cao, từ 11 KV đến 80KV tuỳ theo từng loại thiết bị. Trong điện trƣờng, hạt bụi đƣờng kính Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 28
  35. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường 0,1mm sẽ tích điện tối đa trong khoảng 1s. Vì thế thời gian dòng khí đi qua thiết bị từ 2 – 8 giây tùy theo thiết bị. Thiết bị lọc bụi tĩnh điện sử dụng một hiệu điện thế cực cao để tách bụi, hơi, sƣơng, khói khỏi dòng khí. Có 4 bƣớc cơ bản để đƣợc thực hiên là: - Dòng điện làm các hạt bụi bị ion hóa. - Chuyển các ion bụi từ các bề mặt thu bụi bằng lực điện trƣờng. - Trung hòa điện tích của các bụi lắng trên bề mặt thu. - Tách bụi lắng ra khỏi bề mặt thu. Các hạt bụi có thể đƣợc tách ra bởi một áp lực hay nhờ rửa sạch. Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động của bộ lọc bụi Phân loại: - Loại một giai đoạn là loại giống nhƣ sơ đồ nguyên lý. Điện trƣờng vừa ion hoá hạt bụi vừa thu hạt bụi nên điện cực âm thƣờng là các dây kim loại treo ở giữa các bản hay các ống điện cực dƣơng nối đất. - Loại hai giai đoạn là loại chia ra vùng ion hoá hạt bụi, các điện cực âm là dây treo giữa các bản cực dƣơng và vùng thu hạt bụi là vùng có hai bản cực song song xen kẽ nhau. Đây là loại thiết bị lọc bụi hiệu suất rất cao tới 99,8 % khi nồng độ ban đầu đạt 7 g/cm3. Nó thƣờng đƣợc sử dụng để lọc tinh không khí sau các cấp lọc thô bằng buồng lắng và Cyclone. Nó còn có ƣu điểm là lọc sạch khí thải ở nhiệt Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 29
  36. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường độ rất cao mà không làm nguội khí thải. Thiết bị này còn là thiết bị tiêu hao điện năng thấp 0,2 KW / 1000m3/h vì trở lực thấp (10 – 20 kg/m2). Tuy vậy, nồng độ các chất gây cháy nổ trong khí thải nhƣ CO, bụi than cần đƣợc kiểm soát chặt chẽ để tránh bị kích nổ do dòng khí bị ion hóa phát sinh ra tia lửa điện. d. Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng Ưu điểm: - Thiết bị có thể thu đƣợc những hạt rất nhỏ (1 - 44 ) với hiệu quả rất cao, có thể đạt tới 99,99%. - Thời gian xử lý nhanh. Nhược điểm: - Axit, chất thải, nhiệt độ cao và vật chất có tính ăn mòn đều có thể làm thể làm hƣ hại thiết bị. - Chi phí vận hành lớn. - Cấu tạo phức tạp. - Vận hành và bảo dƣỡng gặp nhiều khó khăn. - Đòi hỏi lọc bớt lƣợng bụi thô trƣớc khi lọc bằng thiết bị tĩnh điện. Phạm vi ứng dụng: - Thiết bị lắng tĩnh điện đƣợc ứng dụng trong các trƣờng hợp thu bụi tại khâu tán than đá thành bột dùng trong nhà máy nhiệt điện, nhà máy luyện thép, nghiền xi măng, sản xuất giấy. 2.2. Xử lý bụi bằng phƣơng pháp ƣớt 2.2.1. Xử lí bụi bằng phương pháp sử dụng buồng phun a. Cấu tạo Hệ thống gồm một ống trụ đứng, phía đáy có hình chóp, bên trong chứa các ống dẫn nƣớc và hệ thống giàn phun tia, hệ thống dẫn dòng. Cửa dẫn khí đặt bên dƣới, khí sạch thoát ra ở phía trên và nƣớc chứa bụi thoát ra ở phía dƣới. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 30
  37. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường Ngƣời ta thƣờng cấu tạo buồng phun với tốc độ khí thải v = 1 ~ 2,5 kg/ms. Lƣợng nƣớc phun trung bình trên đơn vị khí thải thƣờng là: 1,2 ~ 7 kg/kg. Các vòi phun dung dịch hấp thụ thƣờng là vòi phun góc có lƣu lƣợng 250 l/h với đƣờng kính lỗ phun 2,5 ~ 3,5 mm. Áp suất dung dịch phun nhỏ nhất là 2,5 kg/cm2. Cửa ra Tầm chắn hạt nƣớc Dàn vòi phun Cửa vào Tấm hƣớng dòng Cửa nƣớc ra Bơm Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý buồng phun b. Nguyên tắc Nguyên tắc của phƣơng pháp là ngƣời ta cho dòng không khí có chứa bụi tiếp xúc trực tiếp với dung môi (thƣờng là nƣớc). Quá trình tiếp xúc có thể ở dang hạt (khi nƣớc đƣợc phun thành các hạt nƣớc có kích thƣớc và mật độ cao. Các hạt bụi có thể kết dính lại với nhau và bị giữ lại trong dung môi nhờ cơ chế va đập, tiếp xúc vàkhuếch tán còn dòng khí sạch sẽ đi ra khỏi thiết bị. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 31
  38. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường c. Nguyên lý hoạt động Buồng phun đƣợc sử dụng để kết hợp lọc sạch bụi và hơi khí độc bằng dung dịch phun. Ngƣời ta đƣa dòng khí thải có lẫn bụi và hơi khí độc vào một đầu buồng phun qua một thiết bị có thể phân đều dòng khí thải theo toàn bộ tiết diện ngang của buồng. Trong không gian buồng phun có bố trí 1,2 hay 3 giàn mũi phun để phun dung dịch thành chùm các hạt nƣớc nhỏ ngƣợc chiều dòng khí thải. Hơi khí độc bị dung dịch hấp thụ qua bề mặt các hạt dung dịch, không khí sạch qua khỏi buồng phun đƣợc dẫn vào Cyclone ƣớt để thu lại các hạt nƣớc phun. Sau đó khí thải có thể đƣợc thải thẳng vào khí quyển hay đƣa qua bộ sấy nóng trƣớc khi thải để giảm độ ẩm tƣơng đối của dòng khí. Dung dịch nƣớc phun đƣợc thu hồi đƣa qua thiết bị lắng cặn và xử lý trƣớc khi đƣợc phun trở lại. Sau một khoảng thời gian làm việc, dung dịch phun đƣợc thải vào hệ thống xử lý nƣớc thải. d. Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng Ưu điểm: - Hiệu suất xử lý cao với bụi có kích thƣớc nhỏ. - Cấu tạo đơn giản. - Vận hành và bảo dƣỡng đơn giản. - Vận hành không tốn nhiều năng lƣợng. - Chi phí xây dựng và vận hành thấp. Nhược điểm: - Chỉ xử lý hiệu quả bụi có kích thƣớc nhỏ. - Phát sinh nƣớc trong nguồn thải. - Dễ bị ăn mòn. Phạm vi ứng dụng: - Sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp sản xuất phân bón, chế biến thực phẩm vật, liệu xây dựng 2.2.2. Xử lí bụi bằng phương pháp sử dụng Cyclone màng nước a. Cấu tạo: Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 32
  39. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường Cấu tạo loại Cyclone thƣờng có cửa cho khí và bụi vào ở phía dƣới và thoát ra ở cửa phía trên thân hình trụ, với phƣơng tiếp tuyến với mặt trong thân hình trụ. Trƣớc cửa ra có bố trí các vòi phun nƣớc vào mặt trong thành thiết bị tạo màng nƣớc chảy từ trên xuống. Lƣợng nƣớc tiêu hao làm ƣớt thành thiết bị trong khoảng 0,1 ÷ 0,2 lít/m3 Lƣợng nƣớc này thƣờng đƣợc lắng sơ bộ và dùng tuần hoàn, định kỳ xả qua hệ thống xử lý nƣớc. Trên mặt trong thành thiết bị Cyclone màng nƣớc, ngƣời ta tạo ra một lớp màng nƣớc chảy để cuốn theo các hạt bụi lắng, ngăn không cho chúng bị cuốn vào dòng khí. Cyclone màng nƣớc thƣờng đƣợc dùng với vận tốc dòng khí ở cửa vào Vv=16~25 m/s và vận tốc trung bình quy ƣớc V=4.5~7m/s. Chiều dài thân hình trụ H=5~5,2D (Thậm chí tới 10D). Hình 2.8.Sơ đồ hệ thống Cyclone màng nước b. Nguyên tắc: Nguyên tắc của phƣơng pháp là ngƣời ta cho dòng không khí có chứa bụi tiếp xúc trực tiếp với dung môi (thƣờng là nƣớc). Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 33
  40. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường c. Nguyên lý hoạt động: Khí chứa bụi đƣợc cấp đi từ dƣới lên trên cùng với hệ thống cấp nƣớc. Khi bụi tiếp xúc với nƣớc, bụi đƣợc giữ lại và di chuyển theo vòng xoáy của dòng nƣớc đi xuống bên dƣới và đƣợc thoát ra ở phần đáy thiết bị. Khí sạch đi từ dƣới lên trên và thoát ra bên ngoài theo ống dẫn đặt trên đỉnh của thiết bị. d. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng: Ưu điểm: - Cyclon màng nƣớc có khả năng lọc sạch 90% các hạt có kích thƣớc 1,5 µm. - Chi phí vận hành thấp. Nhược điểm: - Vận tốc xoáy trong thiết bị lớn nên dễ gây ra hiện tƣợng cuốn trở lại vào dòng không khí các hạt hụi đã lắng trên thành thiết bị. - Cấu tạo phức tạp. Phạm vi ứng dụng: - Sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp sản xuất phân bón, chế biến thực phẩm vật, liệu xây dựng 2.2.3. Xử lí bụi bằng phương pháp xử dụng tháp tạo bọt a. Cấu tạo: Tƣơng tự nhƣ hệ thống lọc bụi buồng lắng, tháp bọt đƣợc cấu tạo bởi ống trụ đứng, đáy hình chóp. Tuy nhiên ở giữa ống trụ ngƣời ta lắp đặt một loạt các tấm mặt sàng khoan lỗ. Hệ thống phun tia đƣa dung môi từ trên xuống. Phía trên cùng là lớp tách hạt nƣớc. Ngƣời ta thƣờng làm mặt sàng bằng kim loại có chiều dày từ 4 - 6mm có các lỗ hình tròn đƣờng kính d = 4 ~ 8mm. Tổng diện tích lỗ chiếm 20 ~ 25% diện tích mặt sàng. Lƣợng nƣớc trên lƣới đƣơc tính hay cấu tạo máng tràn sao cho lớp bọt có chiều cao 80 ~ 120mm. Tốc độ khí đi qua lỗ giới hạn trong Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 34
  41. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường khoảng 6 ~ 10m/s là vận tốc tốt nhất để có lớp bọt ổn định. Tốc độ khí đi qua thiết diện ngang của thiết bị trong khoảng 1,5~2,5 m/s. Thiết bị thƣờng có nhiều lớp mặt sàng để nâng cao hiệu quả của thiết bị. Lớp tách hạt nƣớc Dàn ống cấp dung dịch hấp thu Mặt sàng khoan lỗ Ngƣỡng nƣớc tràn Cửa dẫn khí vào Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý tháp tạo bọt b. Nguyên tắc: Nguyên tắc của phƣơng pháp là ngƣời ta cho dòng không khí có chứa bụi tiếp xúc trực tiếp với dung môi (thƣờng là nƣớc). c. Nguyên lý hoạt động: Trong tháp bọt, ngƣời ta đƣa không khí đi qua một tấm phẳng đục lỗ, phía trên có nƣớc hay dung dịch hấp thụ. Khí thải đi qua lớp nƣớc dƣới dạng các bọt khí và nổ vỡ ở mặt trên của mặt nƣớc. Quá trình thu bắt hạt bụi và hấp thụ hơi khí độc xảy ra trên bề mặt các bọt khí. d. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng: Ưu điểm: - Hiệu suất xử lý cao với bụi có kích thƣớc nhỏ. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 35
  42. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường - Vận hành và bảo dƣỡng đơn giản. - Không tốn nhiều năng lƣợng. - Chi phí xây dựng và vận hành thấp. Nhược điểm: - Cấu tạo phức tạp. - Phát sinh nƣớc ở nguồn thải. - Nƣớc phát sinh gây ăn mòn thiết bị. Phạm vi ứng dụng: - Sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp sản xuất phân bón, chế biến thực phẩm vật, liệu xây dựng 2.3. So sánh các thiết bị xử lý bụi [5] Ƣu, nhƣợc điểm của các thiết bị xử lý bụi đƣợc thể hiện trong bảng 2.1. Bảng 2.1. So sánh các thiết bị lọc bụi Thiết bị Ƣu điểm Nhƣợc điểm Cyclone - Vốn thấp, ít phải bảo trì. - Hiệu suất thấp với bụi nhỏ hơn 10 . - Sụt áp nhỏ (5 - 15 mm H2O). - Thu bụi khô. - Không thu đƣợc bụi có tính kết dính. - Ít chiếm diện tích. Rửa ƣớt - Không sinh nguồn bụi thứ cấp. - Sinh ra cặn bùn, nƣớc thải. - Ít chiếm diện tích. - Chi phí bảo trì cao do nƣớc - Có khả năng giữ đƣợc cả khí và rò rỉ ăn mòn thiết bị. bụi. - Có thể lọc đƣợc bụi kích thƣớc dƣới 0,1 . Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 36
  43. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường - Vốn thấp Lọc tĩnh điện - Hiệu suất lọc cao,tiết kiệm - Vốn lớn. năng lƣợng. - Nhạy với thay đổi dòng khí. - Thu hồi đƣợc cả bụi khô và bụi - Khó thu bụi với những điện ƣớt. trở khá lớn. - Sụt áp nhỏ. - Chiếm diện tích lớn,dễ gây - Ít phải bảo trì. cháy nổ nếu khí chứ khí và - Xử lí lƣu lƣợng lớn. bụi cháy đƣợc. Lọc bụi tay - Hiệu suất rất cao. - Cần vật liệu riêng ở nhiệt áo - Có thể tuần hoàn khí. độ cao. - Bụi thu đƣợc ở dạng khô. - Cần công đoạn rũ bụi phức tạp . - Chi phí vận hành thấp, có thể thu bụi dễ cháy. - Chi phí vận hành cao do vải dễ hỏng. -Dễ vận hành. - Tuổi thọ giảm trong môi trƣờng axit, kiềm. - Thay thế túi vải phức tạp. Lọc bụi bằng - Tổn thất áp suất rất nhỏ. - Hiệu quả thấp với những lực quán - Vốn thấp. loại bụi có kích thƣớc nhỏ tính hơn 20µm. - Thiết bị dễ chế tạo. - Chiếm diện tích khá nhiều. - Có thể thu đƣợc bụi có tính kết dính. Nhận xét: Mỗi phƣơng pháp khác nhau đều có ƣu và nhƣợc điểm nhất định, sử dụng với từng mục đích và đối tƣợng cần xử lý khác nhau. Trƣớc khi xây dựng hệ thống xử lý bụi cần khảo sát đặc tính, tính chất của từng loại bụi trong từng Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 37
  44. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường ngành sản xuất, công đoạn sản xuất khác nhau, từ đó lựa chọn phƣơng pháp phù hợp để tiến hành xử lý. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 38
  45. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường CHƢƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu bao gồm:  Xây dựng mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone quy mô phòng thí nghiệm công suất 6 m3/phút.  Nghiên cứu ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt đến hiệu suất xử lý bụi của mô hình.  Nghiên cứu ảnh hƣởng của vận tốc dòng khí cấp vào đến hiệu suất xử lý bụi của mô hình.  Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ bụi đến hiệu suất xử lý bụi của mô hình. 3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 3.2.1. Phương pháp xây dựng mô hình [5] Dựa trên phƣơng pháp tính toán thiết kế hệ thống lọc bụi Cyclone trong thực tế đã thực hiện, đề tài thực hiện tính toán kích thƣớc mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone quy mô phòng thí nghiệm với công suất Q = 6 m3/phút. Đƣờng kính phần hình trụ: Thƣờng lấy vận tốc quy ƣớc và chọn Wq = 2.2 • 2.5 (m/s) Wq = Bảng 3.1. Công thức tính kích thước mô hình Cyclone Đƣờng kính ống ra: Đƣờng kính ống vào: Đƣờng kính ống đáy Chiều cao ống vỏ: Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 39
  46. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường Chiều cao cửa vào Chiều rộng cửa vào Chiều cao ống ra Chiều rộng ống vào Chiều cao phễu 3.2.2. Phương pháp xác định các thông số a. Phương pháp xác định khối lượng của bụi Xác định khối lƣợng của bụi bằng cân phân tích, độ chính xác 10-3. b. Phương pháp xác định kích thước của bụi Nguyên tắc: Phƣơng pháp dựa trên sự phân chia cơ học theo độ hạt bằng bộ rây chuẩn. Dụng cụ và thiết bị: - Bộ rây đƣờng kính 100 mm, mặt rây là lƣới lỗ vuông có cạnh : 0,10; 0,20; 0,40; 0,56 (; hoặc 0,63); 0,80; 1,25; 1,60 và 2,50 mm. - Máy lắc rây có tần số dao động 26 hz, biên độ dao động 2 mm, góc nghiêng dao động 450 C. - Giấy, khổ 50 x50 cm. - Chổi phớt lông. Thao tác xác định: Cân 20 g mẫu và chuyển vào rây trên cùng. Đặt cả bộ rây cùng khay hứng lên máy lắc rây, đậy nắp và cột chặt. Lắc rây 3 phút. Bụi trên mỗi rây và khay chuyển riêng một cách định lƣợng lên các tờ giấy, dùng chổi phớt quét sạch rây và cân xác định khối lƣợng. c. Phương pháp xác định vận tốc dòng khí + Xác định vận tốc cấp khí bằng phong kế, điều chỉnh tại các vận tốc khác nhau. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 40
  47. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường d. Phương pháp xác định lưu lượng dòng khí + Xác định lƣu lƣợng dòng khí vào bằng công thức: L= V × S Trong đó: L là lƣu lƣợng khí (m3/s) V là vận tốc cấp khí (m/s) S là diện tích mặt cắt cửa cấp khí vào(m2) e. Phương pháp xác định nồng độ của bụi + Xác định nồng độ bụi bằng công thức: Trong đó: C là nồng độ của bụi (g/m3) M là khối lƣợng bụi cấp vào tính trên 1 đơn vị thời gian (g/s) L là lƣu lƣợng không khí cấp vào (m3/s) 3.2.3. Phương pháp nghiên cứu xử lý bụi bằng mô hình Cyclone a. Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước đến hiệu suất xử lý Hạt bụi trong quá trính di chuyển trong thiết bị cùng lúc chịu nhiều lực tác dụng lên hạt nhƣ trọng lực, lực quán tính, lực ma sát, lực li tâm Kích thƣớc hạt tỉ lệ thuận với lực tác dụng lên hạt. Từ đó liên quan đến khả năng di chuyển của hạt trong thiết bị. Thử nghiệm ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt đến hiệu suất xử lý dựa trên các 3 loại bụi có kích thƣớc hạt khác nhau trên mô hình là: - Bụi đá xây dựng: 250÷500 (µm) - Bụi gỗ: 125÷250 (µm) - Bụi xi măng: 62.5÷125 (µm) Xác định hiệu suất xử lý của mô hình, từ đó đƣa ra nhận xét khả năng xử lý của mô hình trên từng loại bụi với kích thƣớc đã chọn. b. Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc khí đến hiệu suất xử lý Vận tốc không khí là tác nhân tạo ra lực đẩy khiến các hạt bụi di chuyển, kết hợp với thiết kế trụ của thiết bị Cyclone đƣa bụi di chuyển theo hƣớng xoáy Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 41
  48. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường vòng do lực li tâm. Vận tốc cấp khí phải phù hợp. Nếu vận tốc cấp khí quá lớn hoặc quá nhỏ đều gây ảnh hƣởng tới hiệu suất xử lý. Chọn loại bụi có kích thƣớc hạt đạt hiệu suất xử lý cao nhất đã thực hiện ở trên, xác định hiệu suất xử lý của mô hình tại các vận tốc khác nhau, từ đó đƣa ra nhận xét khả năng xử lý của mô hình ở từng vận tốc đã chọn. Vận tốc cấp khí thay đổi là:10; 15; 20; 25; 30 (m/s). Lƣợng bụi cấp vào là 20 g xác định lƣợng bụi thu hồi để đánh giá hiệu suất xử lý tại các vận tốc khí khác nhau. c. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ bụi đến hiệu suất xử lý Bụi liên tục di chuyển theo dòng khí trong thiết bị xử lý. Khi bụi di chuyển tạo lên lực va chạm, tƣơng tác giữa các hạt bụi với nhau, ảnh hƣởng độ linh động của chuỗi hạt. Từ đó liên kết với các lực có liên quan đến sự chuyển động của hạt bụi và ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý của thiết bị. Chọn loại bụi có kích thƣớc hạt và vận tốc cấp khí đạt hiệu suất xử lý cao nhất đã thực hiện ở 2 thí nghiệm trên. Xác định hiệu suất xử lý của mô hình tại các nồng độ bụi khác nhau, từ đó đƣa ra nhận xét khả năng xử lý của mô hình ở từng nồng độ đã chọn. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 42
  49. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1. Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone quy mô PTN [5] 4.1.1. Tính toán kích thƣớc của mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone Để xây dựng mô hình xử lý bụi bằng phƣơng pháp ly tâm, đề tài đã lựa chọn các thông số đầu vào và tiến hành tính toán kích thƣớc mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone quy mô phòng thí nghiệm. Các thông số đầu vào để tính toán xây dựng mô hình đƣợc thể hiện qua bảng 4.1. Bảng 4.1. Thông số đầu vào của hệ thống lọc bụi Cyclone Thông số Chỉ số Đơn vị Công suất 6 m3/phút Khối lƣợng riêng của bụi 1600 kg/m3 Khối lƣợng riêng của khí 1.01 kg/m3 Độ nhớt không khí ở 80oC 21.08 × 10-6 Pa.s Các thông số liên quan đến kích thƣớc để xây dựng mô hình lọc bụi Cyclone đƣợc tính toán nhƣ sau: - Đƣờng kính phần hình trụ: Thƣờng lấy vận tốc quy ƣớc Wq = 2.2 • 2.5 (m/s) Chọn Wq = 2.3 m/s = 0.235 (m) - Đƣờng kính ống ra: = 0.118 (m) - Đƣờng kính ống vào: = 0.118 (m) - Đƣờng kính ống đáy: 0.06 (m) Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 43
  50. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường - Chiều cao ống vỏ: - Chiều cao cửa vào: = 0.118 (m) - Chiều rộng cửa vào 0.06 (m) - Chiều cao ống ra: =0.08 (m) - Chiều rộng ống vào: 0.06 (m) - Chiều cao phễu: - Số vòng xoáy Cyclone: = 6 (vòng) - Vận tốc khí vào Cyclone: 14.13 (m/s) - Thời gian lƣu của hạt bụi: - Đƣờng kính hạt bụi nhỏ nhất bị thu giữ trong trƣờng hợp độ nhớt không khí ở 800c: = = 5.17×10-6 =5.17 µm Các thông số cơ bản của mô hình Cyclone quy mô PTN đƣợc thể hiện theo bảng 4.2. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 44
  51. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường Bảng 4.2. Kích thước mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone quy mô PTN STT Thông số Ký hiệu Kích thƣớc (m) 1 Đƣờng kính cửa vào H 0.118 2 Chiều dài ống vào W 0.06 3 Đƣờng kính ống ra Dc 0.118 4 Chiều cao ống ra S 0.08 5 Đƣờng kính trụ D 0.235 6 Chiều cao ống vỏ Lc 0.47 7 Chiều cao phễu Lđ 0.235 8 Đƣờng kính ống đáy Dđ 0.06 Với kích thƣớc cơ bản đã đƣợc tính toán theo bảng 4.2 đề tài thực hiện xây dựng mô hình xử lý bụi bằng Cyclone với công suất 6m3/phút. Mô hình xử lý bụi quy mô phòng thí nghiệm đƣợc thể hiện theo sơ đồ hình 4.1 và hình 4.2. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 45
  52. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường Dc W S H Lc D Bơm cấp khí 200W Lđ Dđ Hình 4.1. Sơ đồ mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone Ghi chú: H là đƣờng kính cửa vào Dc là đƣờng kính ống ra W là chiều dài ống vào S là chiều cao ống ra D là đƣờng kính trụ Lc là chiều cao ống vỏ Lđ là chiều cao phễu Dđ là đƣớng kính ống đáy Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 46
  53. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường Hình 4.2. Mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone quy mô phòng thí nghiệm 4.1.3. Nguyên lý hoạt động của mô hình Dòng khí có chứa bụi đƣợc sự trợ giúp của thiết bị cấp khí từ cửa vào, làm cho chúng chuyển động xoáy trong vỏ hình trụ và chuyển động dần xuống tới phần hình nón. Dòng khí chuyển động vƣợt quá tới phần hình nón, tạo ra một lực li tâm làm cho hạt bụi văng ra khỏi dòng khí, va chạm vào vách Cyclone và cuối cùng rơi xuống phễu. Bụi đƣợc thu lại dƣới đáy phễu. Phần không khí sạch sẽ thoát ra theo hƣớng đi lên theo ống dẫn. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 47
  54. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường 4.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số yếu tố đến hiệu suất lọc bụi của mô hình Cyclone 4.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt đến hiệu suất xử lý Để khảo sát ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt đến hiệu suất xử lý bụi của mô hình, đề tài đã sử dụng 3 loại bụi có kích thƣớc khác nhau là bụi đá xây dựng, bụi gỗ, bụi xi măng. Các thông số đặc trƣng cơ bản của 3 loại bụi: bụi đá xây dựng, bụi gỗ và bụi xi măng đƣợc thể hiện theo bảng 4.3. Bảng 4.3. Thông số đặc trưng của 3 loại bụi đã thử nghiệm Thông số Loại bụi Đơn vị Bụi đá Bụi gỗ Bụi xi măng xây dựng 3 Lƣu lƣợng khí đi vào 6 6 6 m /phút Khối lƣợng bụi thử nghiệm 20 20 20 g 3 Khối lƣợng riêng của bụi 1600 805 1500 kg/m 3 Khối lƣợng riêng của không khí 1.01 1.01 1.01 kg/m Vận tốc khí trong đƣờng ống dẫn 20 20 20 m/s Kích thƣớc hạt 250÷500 125÷250 62.5÷125 µm Kết quả về ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt đến hiệu suất xử lý đƣợc thể hiện trong bảng 4.4 và hình 4.3. Bảng 4.4. Hiệu suất xử lý 3 loại bụi bằng mô hình Loại Khối lƣợng bụi (g) Hiệu suất (%) Trƣớc xử lý Thu hồi Bụi đá xây dựng 20 17.5 87.5 Bụi gỗ 20 14.6 73 Bụi xi măng 20 13.2 66 Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 48
  55. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường 25 20 15 10 Trƣớc XL Sau XL 5 0 Bụi đá xây Bụi gỗ Bụi xi măng dựng Hình 4.3. Khối lượng trước và sau xử lý của 3 loại bụi Nhận xét: Kết quả thu đƣợc cho thấy khi xử lý bụi bằng mô hình Cyclone đối với 3 loại bụi thì hiệu suất đạt đƣợc là tƣơng đối cao. Kết quả xử lý đạt tốt nhất là loại bụi đá xây dựng, kích thƣớc hạt 250÷500 (µm) sau quá trình thử nghiệm đạt kết quả tối ƣu với H=87.5%. Qua kết quả nghiên cứu, ta nhận thấy kích thƣớc hạt càng nhỏ thì hiệu suất xử lý càng thấp và ngƣợc lại. Điều này đƣợc giải thích là do cấp hạt càng bé thì lực li tâm tác dụng lên hạt bụi càng nhỏ nên khả năng va đập vào thành của thiết bị Cyclone thấp, do đó dẫn đến khả năng thu hồi bụi ở đáy thiết bị sẽ kém. Tƣơng tự nhƣng ngƣợc lại với quá trình trên sẽ xảy ra với hạt bụi có kích thƣớc lớn. 4.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của vận tốc dòng khí cấp vào đến hiệu suất xử lý Vận tốc dòng khí cấp với các trƣờng hợp khác nhau tạo ra lực đẩy từ đó tác động lên chuỗi hạt, làm thay đổi hệ số ma sát, lực li tâm Từ đó ảnh hƣởng đến khả năng xử lý của mô hình. Chọn bụi đá xây dựng là hạt có kích thƣớc cho hiệu suất xử lí tối ƣu, tiến hành thử nghiệm tại các vận tốc cấp khí khác nhau. Kết quả về ảnh hƣởng của vận tốc cấp khí đến hiệu suất xử lý bụi của mô hình đƣợc thể hiện theo bảng 4.5 và hình 4.4. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 49
  56. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường Bảng 4.5. Ảnh hưởng của vận tốc cấp khí đến hiệu suất xử lý Vận tốc (m/s) Khối lƣợng bụi (g) Hiệu suất (%) Trƣớc xử lý Thu hồi 5 20 11.5 57.5 10 20 12.0 60 15 20 13.6 68 20 20 17.5 87.5 25 20 17.2 86 30 20 17 85 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Khối lƣợng bụi sau xử lý (g) lý xử sau bụilƣợng Khối 5 10 15 20 25 30 Vận tốc khí (m/s) Hình 4.4. Ảnh hưởng của vận tốc cấp khí đến lượng bụi xử lý Nhận xét: Kết quả thu đƣợc cho thấy tại vận tốc 20 (m/s), hiệu quả xử lí bụi của mô hình thiết bị là tối ƣu với H=87.5 % Qua nghiên cứu, ta nhận thấy vận tốc khí có ảnh hƣởng lớn đến hiệu suất xử lý của thiết bị. Vận tốc không khí là tác nhân tạo ra lực đẩy các hạt bụi di chuyển, kết hợp với thiết kế trụ của thiết bị Cyclone đƣa bụi di chuyển theo Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 50
  57. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường hƣớng xoáy do lực li tâm. Vận tốc cấp khí phải phù hợp. Nếu vận tốc cấp khí quá lớn hoặc quá nhỏ đều gây ảnh hƣởng tới hiệu suất xử lý. 4.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ bụi đến hiệu suất xử lý Chọn V=20 (m/s) và bụi đá xây dựng là hạt có kích thƣớc cho hiệu suất xử lí tối ƣu. Trong thời gian cố định là 5 s. Kết quả về ảnh hƣởng của nồng độ bụi đến hiệu suất xử lý đƣợc thể hiện trong bảng 4.6. Bảng 4.6. Kết quả về ảnh hưởng của nồng độ bụi đến hiệu suất xử lý Trƣớc xử lý Sau xử lý Hiệu suất xử lý Khối lƣợng bụi Nồng độ Khối lƣợng bụi Nồng độ (%) (g) (g/m3) (g) (g/m3) 10 9.1 1.5 1.4 84.6 20 18.2 2.6 2.4 86.8 40 36.36 7.8 7.09 88.6 60 54.5 7.12 6.43 88.2 80 72.7 9.8 8.87 87.8 Nhận xét: Kết quả thu đƣợc cho thấy tại nồng độ bụi C= 36.36 (g/m3), hiệu quả xử lí bụi của mô hình thiết bị là tối ƣu với H=88.6%. Nhận thấy rằng khi nồng độ của bụi càng cao thì hiệu suất xử lý bụi của thiết bị càng tăng do bụi trong không khí ở nồng độ càng cao sẽ dễ dàng tạo lên lực va chạm tƣơng tác giữa các hạt bụi với nhau, làm tăng độ linh động của chuỗi hạt trong dòng không khí trong thiết bị và từ đó liên kết với các lực có ảnh hƣởng đến sự chuyển động của hạt bụi. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 51
  58. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Qua quá trình nghiên cứu, đề tài đã thu đƣợc những kết quả sau: - Xây dựng đƣợc mô hình hệ thống lọc bụi Cyclone quy mô phòng thí nghiệm, với công suất 6 m3/phút. - Đề tài đã thử nghiệm hoạt động của mô hình và đánh giá hiệu suất của mô hình bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố cơ bản sau:  Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt bụi đến hiệu suất xử lý của mô hình lọc bụi Cyclone, kích thƣớc hạt đạt hiệu suất cao nhất là 250÷500µm (đối với bụi đá xây dựng), hiệu suất đạt đƣợc là 87.5%.  Ảnh hƣởng của vận tốc dòng khí đến hiệu suất xử lý của mô hình, vận tốc khí tối ƣu là v= 20 (m/s), hiệu suất đạt đƣợc là 87.5%.  Ảnh hƣởng của nồng độ bụi vào đến hiệu suất xử lý của mô hình, nồng độ bụi đạt hiệu suất cao nhất là 36,36 g/m3, hiệu suất đạt đƣợc là 88.6%. 2. Kiến nghị Đề tài đã nghiên cứu đƣợc một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng xử lý của hệ thống lọc bụi Cyclone xây dựng trên mô hình quy mô phòng thí nghiệm. Tuy nhiên do hạn chế về mặt thời gian nên mô hình chƣa đƣợc thử nghiệm ở các kích thƣớc bụi nhỏ hơn và một số yếu tố khác nhƣ nhiệt độ, độ nhớt ảnh hƣởng đến hoạt động của mô hình. Do đó, cần phải nghiên cứu sâu hơn nữa để hoàn thiện một cách tốt nhất. Mô hình hoàn toàn có thể triển khai trong thực tế khi nghiên cứu đầy đủ các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý bụi. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 52
  59. Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Môi trường TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Hoàng Kim Cơ (1999), “Kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí thải”. Nhà xuất bản Giáo Dục Hà Nội. 2. Trần Ngọc Chấn (1999), “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 1”. Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật Hà Nội. 3. Trần Ngọc Chấn (1999), “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 3”. Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật Hà Nội. 4. Phạm Tiến Dũng (2008), “Kiểm soát ô nhiễm không khí”. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh. 5. Trần Thị Hiền (2012), “Đồ án tính toán và thiết kế thiết bị Cyclone và túi vải xử lý bụi của nhà máy xi măng”. Trƣờng Đại học công nghiệp TP Hồ Chí Minh. 6. Đinh Xuân Thắng (2007), “Giáo trình ô nhiễm không khí”. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh. 7. Phan Tuấn Triều (2007), “Ô nhiễm không khí, tiếng ồn và kỹ thuật xử lý”. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh. Sinh viên: Vũ Hoàng – MT1401 53