Đề Tài Buồng Lắng Bụi - 123doc

Cấu tạo của buồng lắng rất đơn giản - đó là một không gian hình hộp có tiết diệnngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòngkhí giảm xuống rất nhỏ,

Lời nói đầu

Ngày nay vấn đề ô nhiễm không khí và tác hại của nó đối với sức khoẻ con nguờinói riêng cũng như đối với hệ sinh thái nói chung đã trở thành vấn đề bức xúc củanhân loại Từng quốc gia đã có chương trình hành động riêng của mình để bảo vệmôi trường và đồng thời cũng đã có chương trình hành động chung của cả thế giớivới mục đích là có thể đẩy lùi các hiểm họa môi trường có khả năng xảy ra trênhành tinh của chúng ta

Môi trường không khí ở nước ta tại các khu công nghiệp, đặc biệt tại các nhà máysản xuất hoá chất, vật liệu xây dựng, cơ khí đang tồn tại những dấu hiệu đáng longại Phần lớn các nhà máy xí nghiệp chưa được trang bị các hệ thống xử lý bụi vàkhí độc hại, hàng ngày hàng giờ thải vào bầu khí quyển một lượng khổng lồ cácchất độc hại

Phương pháp lọc bụi để xử lý bụi đơn giản nhất là làm cho bụi lắng đọng dưới tácdụng của trọng lực Những hạt bụi cỡ lớn thường lắng đọng trên đường ống, nhưng

để hiệu quả của quá trình lắng được cao hơn người ta phải chế tạo ra một thiết bịriêng biệt dành riêng cho việc lắng bụi và gọi là buồng lắng bụi

Cấu tạo của buồng lắng rất đơn giản - đó là một không gian hình hộp có tiết diệnngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòngkhí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy dướitác dụng của trọng lực và bị giữ lại ở đó mà không bị dòng khí mang theo

Buồng lắng bụi được áp dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 60 - 70um trởlên Tuy vậy, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồnglắng

Bài chuyên đề này nhóm chủ yếu nói về tổng quan về các buồng lắng bụi

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỤI 4

1 Ô nhiễm không khí do bụi 4

1.1 Định nghĩa bụi 4

1.2 Phân loại bụi 4

1.3 Tính chất hóa lí của bụi 3

1.4 Ảnh hưởng của ô nhiễm bụi 6

1.4.1 Ảnh hưởng đến con người 6

1.4.2 Ảnh hưởng đến thực vật 7

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CHI TIẾT VỀ BUỒNG LẮNG BỤI 8

2.1 Giới thiệu 8

2.2 Cấu trúc của buồng lắng bụi 9

2.3 Mô hình thực hiện 11

2.3.1 Quá trình lắng của bụi 12

2.3.2 Mô hình dòng chảy khối 15

2.3.3 Mô hình hỗn hợp 18

2.3.4 Thiết kế buồng lắng bụi 22

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO

2

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG

HÌNH ẢNH

Hình 1 Hai bản thiết kế buồng lắng với (a) hình chữ nhật 1 và (b) cắt ngang

9 Hình 2 Buồng lắng bụi nhiều tầng 10

Hình 3 Hai hạt bụi trong một buồng lắng 13

Hình 4 Ảnh hưởng của vận tốc đến quá trình lắng bụi 14

Hình 5 ảnh hưởng của đường kính hạt trong buồng lắng bụi 14

Hình 6 Các giới hạn chiều cao để các hạt lắng 16

Hình 7 Sự thay đổi hiệu quả thu thập ước tính bằng mô hình dòng chảy khối của một buồng lắng bụi với kích thước của các hạt

17 Hình 8 Gia tăng trộn trong buồng lắng

19 Hình 9 Hiệu quả thay đổi các hạt bụi ước tính bằng mô hình hỗn hợp của một buồng lắng liên quan đến kích thước hạt

21 BẢNG Bảng 1 Phân loại theo độ bám dính 5

Bảng 2 Vận tốc hướng lên các loại vật liệu khac nhau 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỤI

1 Ô nhiễm không khí do bụi

cơ quan hô hấp, nhất là khi phổi nhiễm bụi thạch anh (siliccose) do hít phải khôngkhí có chứa bụi bioxit silic lâu ngày

Bụi lắng có kích thước lớn hơn 10, thường rơi nhanh xuống đất theo định luậtNewton với tốc độ tăng dần Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn hại cho da,mắt, gây nhiễm trung, gây dị ứng

1.2 Phân loại bụi

 Phân loại bụi theo nguồn gốc

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

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

+ Bụi động vật, người (trên lông, tóc…)

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

+ Bụi kim loại (sắt, đồng, chì…)

+ Bụi hỗn hợp (do mài, đúc…)

 Phân loại bụi theo tác hại

4

Theo tác hại bụi có thể phân ra:

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

+ Bụi gây dị ứng viêm mũi, hen, nỗi ban…(bụi bông, gai, phân hóa học, một số tinhdầu gỗ…)

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

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

1.3 Tính chất hóa lí của bụi

Kích thước hạt có thể được đặc trưng bằng vận tốc treo (vt, m/s) là vận tốc rơi tự docủa hạt trong không khí

• Tính bám dính

Tính bám dính của hạt xác định xu hướng kết dính của chúng Độ kết dính của hạttăng có thể làm cho thiết bị lọc bị nghẽn do sản phẩm lọc Kích thước hạt càng nhỏthì chúng càng dễ bám dính vào bề mặt thiết bị Bụi có 60 - 70% hạt có đường kínhnhỏ hơn 10 được coi là bụi kết dính

Bảng 1 Phân loại theo độ bám dính

Bụi xỉ khô, bụi thạch anh ( cát khô), bụi sét khô

Kết dính yếu Tro bay chứa nhiều sản phẩm chưa cháy, bụi than cốc, bụimagezit (MgCO3) khô, tro phiến thạch, bụi apatit khô, bụi

lò cao, bụi đỉnh lò

Kết dính vừa Tro bay chết hết, tro than bùn, bụi than bùn, bụi magezitẩm, bụi kim loại, bụi pirit, các oxit của chì, kẽm và thiếc,

bụi xi măng khô, mồ hóng, sữa khô, bụi tinh bột, mạt cưa

Kết dính mạnh

Bụi xi măng thoát ra từ không khí ẩm, bụi thạch cao vàthạch cao mịn, phân bón, supperphotphat kép, bụi clinke,natri chứa muối, bụi sợi, tất cả các loại bụi có kích thướcnhỏ hơn 10

• Tính mài mòn

Tính mài mòn của bụi đặc trưng cho cường độ mài mòn kim loại ở vận tốc nhưnhau của khí và nồng độ như nhau của bụi Nó phụ thuộc vào độ cứng, hình dạng,kích thước và mật độ của hạt Tính mài mòn của bụi được tính đến khi chọn vận tốccủa khí, chiều dày của thiết bị và đường ống dẫn khí cũng như chọn vật liệu ốp củathiết bị

• Tính thấm

Tính thấm nước có ảnh hưởng nhất định đến hiệu quả của thiết bị lọc bụi kiêu ướt,đặc biệt khi thiết bị làm việc có tuần hoàn Khi các hạt khó thấm tiếp xúc với bề mặtchất lỏng, chúng bị bề mặt chất lỏng bao bọc Ngược lại đối với các hạt dễ thấmchúng không bị nhúng chìm hay bao phủ bởi các hạt lỏng, mà nổi trên bề mặt nước.Sau khi bề mặt chất lỏng bao bọc phần lớn các hạt, các hạt còn lại tiếp tục tới gầnchất lỏng, do kết quả của sự va đập đàn hồi với các hạt được nhúng chìm trước đó,chúng có thể bị đẩy trở lại dòng khí, do đó hiệu quả lọc thấp

Các hạt phẵng dễ thấm hơn so với các hạt có bề mặt không đều Sở dĩ như vậy là docác hạt có bề mặt không đều hầu hết được bao bọc bởi vỏ khí được hấp thụ cản trở

sự thấm

• Tính hút ẩm và tính hòa tan

Các tính chất này của bụi được xác định trước hết bởi thành phần hóa học củachúng cũng như kích thước, hình dạng và độ nhám của bề mặt Nhờ tính hút ẩm vàtính hòa tan mà bụi có thể được lọc trong các thiết bị lọc kiểu ướt

• Tính mang điện

Tính mang điện của bụi ảnh hưởng đến trạng thái của bụi trong đường ống và hiệu suất của bụi (đối với thiết bị lọc bằng điện, thiết bị lọc kiểu ướt…) Ngoài ra tính mang điện còn ảnh hưởng đến an toàn cháy nổ và tính dính bám của bụi

• Tính cháy nổ

Bụi cháy được 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 Cường độ nổ của bụi phụ thuộc vào tínhchất hóa học, tính chất nhiệt của bụi, kích thước và hình dạng của các hạt, nồng độcủa chúng trong không khí, độ ẩm và thành phần của khí, kích thước và nhiệt độnguồn cháy

6

1.4 Ảnh hưởng của ô nhiễm bụi

1.4.1 Ảnh hưởng đến con người

Bụi vào phổi gây kích thích cơ học và phát sinh phản ứng cơ hóa phổi gây nên những bệnh hô hấp.Những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10 có thể được giữ lại trong phổi Tuy nhiên nếu những hạt bụi này có đường kích nhỏ hơn 1thì nó được chuyển đi như các khí trong hệ thống hô hấp Khi có tác động củacuar các hạt bụi tới mô phổi,đa số xảy ra các hư hại sau đây:

Viêm phổi: làm tắc nghẽn các phế quản,từ đó làm giảm khả năng phân phối khí.Khí thủng phổi: phá hoại các túi phổi từ đó làm giảm khả năng trao đổi khí oxy vàCO2

Ung thư phổi: phá hoại các mô phổi, làm tắc nghẽn sự trao đổi giữa máu và tếbào,làm ảnh hưởng khả năng của máu trong hệ thống tuần hoàn Từ đó kéo theomột số vấn đề đáng lưu ý ở tim, đặc biệt là lớp khí ô nhiễm có nồng độ cao

 Các bệnh khác do bệnh gây ra

Bệnh ở đường hô hấp: tùy theo nguồn gốc các loại bùi mà gây ra các bệnh viêmmũi, họng, khí, phế quản khác nhau Bụi hữu cơ như bông sợi, gai, làm dính vàoniêm 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 dễ phát sinh.Bệnh gây ngoài da: bụi tác động đến các tuyến nhờn làm cho khô da, phát sinh cácbệnh về da

Bệnh gây tổn thương mắt: do không có kính phòng hộ, bụi bắn vào mắt gây kíchthích màng tiếp hợp, viêm mi mắt, sinh ra mộng mắt, nhài mắt… ngoài ra bụi còn

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

Bệnh tiêu hóa: bụi đường, bột có thể làm sâu răng, làm hỏng men răng Bụi kim loại

có thể làm tổn thương niêm mạc dạ dày, gây rới loạn tiêu hóa

1.4.2 Ảnh hưởng đến thực vật

Nhìn chung, bụi không có nguy hại gì đến thực vật trừ khi chúng có tính ăn mòncao hoặc chúng lắng đọng quá nhiều Bụi bám quá nhiều trên vỏ hoa quả, cây củ lànguyên nhân làm giảm chất lượng của các loại sản phẩm này, đồng thời cũng làmtăng chi phí để làm sạch chúng Bụi lắng trên lá còn ảnh hưởng đến khả năng quanghợp của cây Bụi xi măng lắng đọng làm lấp đầy những lỗ khí khổng,bao xungquanh những hạt diệp lục thu ánh sang cần cho quá trình quang hợp Bụi cũng cóthể làm tăng khả năng nhiễm bệnh của cây cối thông qua việc làm giăm sức sốngcủa cây, có thể làm cản trở khả năng thụ phấn của cây

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CHI TIẾT VỀ

BUỒNG LẮNG BỤI

2.1 Giới thiệu

Trong chuyển động của cac hạt bụi, lực hấp dẫn của chúng, thì buồng lắng bụi làhiệu quả nhất Lực hấp dẫn của không khí sẽ quyết định tới quá trình lắng với nồng

độ bụi cao khi chuyển động chậm Các chuyển động chậm của khí thải trong thiết

bị cho phép thời gian cho các hạt lắng xuống dưới cùng của thiết bị dưới tác độngcủa trọng lực, trong đó các hạt được tách ra khỏi dòng khí và dòng khí sạch đượcđưa ra khỏi thiết bị

Buồng lắng bụi sử dụng trong ngành công nghiệp để loại bỏ hạt rắn hoặc lỏng từdòng khí, buồng lắng bụi có những lợi thế như xây dựng đơn giản, chi phí ban đầuthấp, chi phí bảo trì thấp, và áp suất thấp Bên cạnh đó, nó rất đơn giản để thu thập

và xử lý bụi từ phía dưới Nó là một trong những thiết bị đầu tiên sử dụng để pháttriển kiểm soát phát thải khí bụi

Một buồng lắng bụi chỉ đơn giản là buồng mở rộng dọc theo đường ống dùng đểvận chuyển các dòng khí thải từ điểm này đến điểm khác Các đặc trưng của buồnglắng bụi là vận tốc khí ngang thấp, cho phép các hạt bụi có đường kính khoảng 50

μm lắng xuống Đối với các hạt bụi nhỏ hơn hiệu quả của buồng lắng của giảmđáng kể mặc dù hiệu quả cao đối với các hạt bụi lớn và điều này còn tùy thuộc vàomật độ của các hạt bụi Tuy nhiên theo pháp luật hiện nay yêu cầu không khí sạchhơn Do đó bắt buộc các cơ sở công nghiệp phải tuân theotiêu chuẩn khí thảinghiêm ngặt liên quan đến hạt bụi khí thải, trong đó buồng lắng bụi được xem như

là thiết bị xử lí thô sau khi đưa vào xử lí cao hơn – thiết bị kiểm soat hiệu suất Vìvậy, quá trình lắng dựa trên trọng lực chủ yếu được sử dụng trong một số ngànhcông nghiệp khí thải với nồng độ bụi rất cao như một số nhà máy luyện kim và cácquá trình luyện kim.

Các buồng lắng bụi vẫn giữ một vị trí quan trọng của mình như là một phần trong hầu hết các chương trình kiểm soát ô nhiễm không khí bởi vì quá trình tính toán đơngiản Nó cũng tạo thành một cơ sở cho mô hình toán học của một số thiết bị điều khiển khác

2.2 Cấu trúc của buồng lắng bụi

Về cơ bản, có hai loại buồng lắng bụi phổ biến: buồng đơn giản và và buồng cónhiều tầng Hai bản thiết kế khác biệt từ lâu được thể hiển trong hình 1 và hình 2.Phần này chỉ tập trung vào việc thiết kế và thực hiện mô hình của loại đầu tiên củabuồng lắng và nó sẽ được sử dụng để tính toán và thiết kế cho cả hai loại

Một buồng bụi bao gồm một ống hút gió, một ống dẫn đầu ra, phần thân, và nhữngcái phễu thu đặt ở vị trí thích hợp ở phía dưới Ống hút gió phải được thiết kế saocho một phân phối thống nhất của dòng chảy đầu vào khi thực hiện Sự phân bốđồng đều của đầu vào dòng trong các buồng lắng được thực hiện bằng việc sử dụngcác cánh quạt có hướng thường xuyên, tấm đục lỗ Tấm đục lỗ gây ra một áp suấtgiảm rất nhỏ ở đầu vào để cung cấp một nguồn dòng phân bố đồng đều

Hình 1 Hai bản thiết kế buồng lắng với (a) hình chữ nhật 1 và (b) cắt ngang hình

tròn 2

10

Hình 2 Buồng lắng bụi nhiều tầng

Phần thân buông là một phần của trong đó sẽ thu thập thực tế diễn biến của các hạtbụi Phần thân của buồng lắng có thể là hình chữ nhật hoặc hình tròn Đối với mụcđích xây dựng dễ dàng, thân buồng với hình chữ nhật thường được ưa chuộng Diệntích phải đủ lớn trong mặt cắt ngang để làm chậm vận tốc khí ngang Đối với mụcđích cho phép đủ thời gian cho các hạt đi ra và ngăn ngừa tái cuốn theo các hạt vàodòng khí, vận tốc khí ngang phải được làm thấp như 1-3 m/s, tốt nhất là dưới 0,3m/s Tuy nhiên, tăng chiều rộng và chiều cao của buồng để tăng diện tích mặt cắtngang có một số bất lợi, khó khăn trong việc phân phối các dòng đầu vào thốngnhất trên diện tích mặt cắt ngang

Kể từ khi cơ chế chính thu bụi trong buồng lắng là lực hấp dẫn, một yếu tố độnglực cho các thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí, hiệu quả lắng trên một đơn vị dàicủa buồng lắng bụi thường là rất thấp Do đó, độ dài của buồng lắng phải đủ dài đểcung cấp các hiệu quả thu lắng bụi mong muốn

Buồng lắng cần một ống thoát qua đó khí sạch chảy ra khỏi buồng Ống thoát phảiđược thiết kế để giảm thiểu chi phí xây dựng và giảm áp lực tại điểm hẹp

Cuối cùng, phải có một cơ chế làm sạch cho buồng lắng bụi Khi buồng hoạt động,các hại bụi tích lũy trên sàn và phải được loại bỏ thủ công ở các giai đoạn nhất định,hoặc đặt đúng phễu thu bụi được bao gồm trong quá trình thiết kế Những phễu nênđược đặt cạnh nhau, và phải có tường nghiêng để cho phép thu các hạt bụi rơi trêncác bức tường xuống Mỗi phễu phải được trang bị túi để thu thập bụi, và các túiphải được thay thế bằng những cái mới ở những giai đoạn nhất định

2.3 Mô hình thực hiện

Trước khi đi vào chi tiết của mô hình hiệu quả trong buồng lắng, xác định thích hợpmột số khái niệm mô hình Các thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến hạthiệu quả thu trong các thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí là thời gian lắng (tR) vàthời điểm thu (tC) Các thời gian lắng được xác định là thời gian cho một hạt đểchuyển động từ các đầu vào tới đầu ra của buồng lắng Nói về mặt lý thuyết, nó làthời gian trung bình mà khí thải vẫn nằm trong buồng lắng, và được tính bằng tỷ lệkhối lượng của buồng so với lưu lượng thực tế của dòng khí:

tR =

V

Q (1)Một khái niệm khác trong qua trình lắng là thời gian thu lắng (tC), được định nghĩa

là thời gian cần thiết cho một hạt lắng được dưới tác động của động lực chi phối.Hai thông số chính để xác định xem một hạt bụi lắng được trong các thiết bị haykhông Về mặt lý thuyết, cho một hạt bụi lắng được khi thời gian lắng phải bằnghoặc lớn hơn thời gian thu lắng:

tR ≥ tC (2)Trong các ứng dụng kiểm soát ô nhiễm không khí, điều đó cho rằng một hạt bụilắng nếu nó chạm vào tường thiết bị thu, các sàn, và nó không phải bị cuốn vàodòng khí sau khi thu thập Tuy nhiên, trong trường hợp thực tế điều này là khôngđúng sự thật Một hạt có thể tái lôi cuốn sau khi lắng tùy thuộc vào đặc tính dòngchảy vàcác tính chất của hạt Tình trạng này mang lại hai thông số khác trong việcgiải quyết các thiết kế buồng: các vận tốc đi qua (νg) và vận tốc hướng lên (νP).Vận tốc đi qua (νg) là vận tốc mà di chuyển khí qua buồng, đó cũng là gọi là vận tốckhí ngang, trong khi vận tốc của khí thải trong buồng mà tại đó bụi lắng bên trong

sẽ lại bị cuốn theo được gọi là vận tốc hướng lên(νP) Để tránh hiện tượng tái cuốncủa bụi thu thập được, vận tốc khí ngang phải không vượt quá vận tốc hướng lên.Vận tốc hướng lên cho một số vật liệu được đưa ra trong Bảng 1

12