Đề tài: Buồng lắng bụi

Chia sẻ: Nguyễn Quang Minh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

627
lượt xem 97
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chính của đề tài: "Buồng lắng bụi" là giới thiệu về buồng lắng bụi, cấu tạo, nguyên tắc vận hành, thiết kế, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vận hành, và ứng dụng thực tiễn của bể. Mời các bạn cung tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Buồng lắng bụi

Lời nói đầu Ngày nay vấn đề ô nhiễm không khí và tác hại của nó đối với sức khoẻ con nguời nói riêng cũng như đối với hệ sinh thái nói chung đã trở thành vấn đề bức xúc của nhân loại. Từng quốc gia đã có chương trình hành động riêng của mình để bảo vệ môi trường và đồng thời cũng đã có chương trình hành động chung của cả thế giới với mục đích là có thể đẩy lùi các hiểm họa môi trường có khả năng xảy ra trên hành tinh của chúng ta. Môi trường không khí ở nước ta tại các khu công nghiệp, đặc biệt tại các nhà máy sản xuất hoá chất, vật liệu xây dựng, cơ khí... đang tồn tại những dấu hiệu đáng lo ngại. Phần lớn các nhà máy xí nghiệp chưa được trang bị các hệ thống x ử lý bụi và khí độc hại, hàng ngày hàng giờ thải vào bầu khí quyển một l ượng khổng lồ các chất độc hại. Phương pháp lọc bụi để xử lý bụi đơn giản nhất là làm cho bụi lắng đọng dưới tác dụng 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 bị riêng 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 diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào đ ể cho vận t ốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy dưới tác 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 trở lên. Tuy vậy, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng. Bài chuyên đề này nhóm chủ yếu nói về tổng quan về các buồng lắng bụi. 1
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 hình tròn 2 .................................................................................................................................... 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 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỤI 1. Ô nhiễm không khí do bụi 1.1 Định nghĩa bụi Bụi là tập hợp nhiều hạt có kích thước bé, tồn tại lâu trong không khí dưới dạnh bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung nhiều pha gồm hơi, khói, sương mù. Bụi bay có kích thước từ 0,002-10bao gồm tro, muội, khói và những hạt rắn được 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 thường gây tổn thương 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 thước lớn hơn 10, thường rơi nhanh xuống đất theo định luật Newton với tốc độ tăng dần. Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn hại cho da, mắt, gây nhiễm 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 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 s ố tinh dầu gỗ…) 4
+ 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 • Tính tán xạ Kích thước hạt: là thông số cơ bản của bụi, vì chọn thiết bị lọc chủ yếu dựa vào thành phần tán xạ của bụi. Thành phần tán xạ: là hàm lượng tính bằng số lượng hay khối lượng các hạt thuộc nhóm kích thước khác nhau. Nhóm kích thước (nhóm cỡ hạt hay nhóm hạt): là phần tương đối của các hạt có kích thước nằm trong khoảng trị số xác định được coi như giới hạn dưới và giới hạn trên. Kích thước hạt có thể được đặc trưng bằng vận tốc treo (vt, m/s) là vận tốc rơi tự do của hạt trong không khí. • Tính bám dính Tính bám dính của hạt xác định xu hướng kết dính của chúng. Độ kết dính của hạt tăng có thể làm cho thiết bị lọc bị nghẽn do sản phẩm lọc. Kích thước hạt càng nhỏ thì chúng càng dễ bám dính vào bề mặt thiết bị. Bụi có 60 - 70% hạt có đường kính nhỏ hơn 10 được coi là bụi kết dính. Bảng 1. Phân loại theo độ bám dính Đặc trưng kết Tên gọi dính của bụi Bụi xỉ khô, bụi thạch anh ( cát khô), bụi sét khô Không kết dính Tro bay chứa nhiều sản phẩm chưa cháy, bụi than cốc, bụi Kết dính yếu magezit (MgCO3) khô, tro phiến thạch, bụi apatit khô, bụi lò cao, bụi đỉnh lò. Tro bay chết hết, tro than bùn, bụi than bùn, bụi magezit Kết dính vừa ẩm, 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. Bụi xi măng thoát ra từ không khí ẩm, bụi thạch cao và thạch cao mịn, phân bón, supperphotphat kép, bụi clinke, 5
Kết dính natri chứa muối, bụi sợi, tất cả các loại bụi có kích thước mạnh nhỏ hơn 10. • Tính mài mòn Tính mài mòn của bụi đặc trưng cho cường độ mài mòn kim loại ở vận tốc như nhau 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 tốc của khí, chiều dày của thiết bị và đường ống dẫn khí cũng như chọn vật liệu ốp của thiết 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 mặt chất lỏng, chúng bị bề mặt chất lỏng bao bọc. Ngược lại đối với các hạt dễ thấm chúng 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 l ại tiếp tục tới gần chất lỏng, do kết quả của sự va đập đàn hồi với các hạt đ ược 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 do các hạt có bề mặt không đều hầu hết được bao bọc bởi vỏ khí đ ược hấp th ụ 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 của chúng cũng như kích thước, hình dạng và độ nhám của bề mặt. Nhờ tính hút ẩm và tính 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 tính chất hóa học, tính chất nhiệt của bụi, kích thước và hình dạng của các h ạt, nồng độ của chúng trong không khí, độ ẩm và thành phần của khí, kích thước và nhiệt độ nguồn 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 và CO2. Ung thư phổi: phá hoại các mô phổi, làm tắc nghẽn sự trao đổi giữa máu và tế bào,làm ảnh hưởng khả năng của máu trong hệ thống tuần hoàn. Từ đó kéo theo một số vấn đề đáng lưu ý ở tim, đặc biệt là lớp khí ô nhiễm có nồng độ cao.  Các bệnh khác do bệnh gây ra Bệnh ở đường hô hấp: tùy theo nguồn gốc các loại bùi mà gây ra các bệnh viêm mũi, họng, khí, phế quản khác nhau. Bụi hữu cơ như bông sợi, gai, làm dính vào niêm mạc gây viêm phù thủng, tiết nhiều niêm dịch. Bụi vô cơ rắn, cạnh sắc nhọn, ban đầu thường gây viêm mũi, tiết nhiều niêm dịch làm hít thở khó khăn, lâu ngày có thể teo mũi, giảm chức năng giữ, lọc bụi, làm bệnh phổi nhiễm bụi d ễ phát sinh. Bệnh gây ngoài da: bụi tác động đến các tuyến nhờn làm cho khô da, phát sinh các bệnh về da. Bệnh gây tổn thương mắt: do không có kính phòng hộ, bụi bắn vào mắt gây kích thích 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 mòn cao hoặc chúng lắng đọng quá nhiều. Bụi bám quá nhiều trên vỏ hoa quả, cây c ủ là nguyên nhân làm giảm chất lượng của các loại sản phẩm này, đồng thời cũng làm tăng chi phí để làm sạch chúng. Bụi lắng trên lá còn ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của cây. Bụi xi măng lắng đọng làm lấp đầy những lỗ khí khổng,bao xung quanh những hạt diệp lục thu ánh sang cần cho quá trình quang hợp. Bụi cũng có thể làm tăng khả năng nhiễm bệnh của cây cối thông qua việc làm giăm sức sống của cây, có thể làm cản trở khả năng thụ phấn của cây. 7
8
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 là hiệu quả nhất. Lực hấp dẫn của không khí sẽ quyết định tới quá trình l ắng 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 c ủa thi ết b ị dưới tác động của trọng lực, trong đó các hạt được tách ra khỏi dòng khí và dòng khí sạch được đưa ra khỏi thiết bị. Buồng lắng bụi sử dụng trong ngành công nghiệp để loại bỏ hạt rắn hoặc lỏng từ dòng khí, buồng lắng bụi có những lợi thế như xây dựng đơn giản, chi phí ban đầu thấp, chi phí bảo trì thấp, và áp suất thấp. Bên cạnh đó, nó rất đơn giản đ ể thu thập và xử lý bụi từ phía dưới. Nó là một trong những thiết bị đầu tiên sử dụng để phát triển kiểm soát phát thải khí bụi. Một buồng lắng bụi chỉ đơn giản là buồng mở rộng dọc theo đường ống dùng để vận chuyển các dòng khí thải từ điểm này đến điểm khác. Các đặc trưng của buồng lắng 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 giảm đáng kể mặc dù hiệu quả cao đối với các hạt bụi lớn và điều này còn tùy thuộc vào mật độ của các hạt bụi. Tuy nhiên theo pháp luật hiện nay yêu c ầu không khí sạch hơn. Do đó bắt buộc các cơ sở công nghiệp phải tuân theotiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt liên quan đến hạt bụi khí thải, trong đó buồng l ắng bụi được xem như là thiết bị xử lí thô sau khi đưa vào xử lí cao hơn – thiết bị 9
kiểm soat hiệu suất. Vì vậy, quá trình lắng dựa trên trọng lực chủ yếu đ ược sử dụng trong một số ngành công nghiệp khí thải với nồng độ bụi rất cao như một số nhà máy luyện kim và các quá 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 đơn giản. 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 có nhiều 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 của buồng 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 những cái phễu thu đặt ở vị trí thích hợp ở phía dưới. Ống hút gió phải được thiết kế sao cho một phân phối thống nhất của dòng chảy đầu vào khi thực hiện. Sự phân bố đồng đều của đầu vào dòng trong các buồng lắng được thực hiện bằng việc sử dụng các cánh quạt có hướng thường xuyên, tấm đục lỗ. Tấm đục lỗ gây ra một áp suất giảm 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 hạt bụi. Phần thân của buồng lắng có thể là hình chữ nhật hoặc hình tròn. Đối với mục đích xây dựng dễ dàng, thân buồng với hình chữ nhật thường được ưa chuộng. Diện tích phải đủ lớn trong mặt cắt ngang để làm chậm vận tốc khí ngang. Đối với mục đích cho phép đủ thời gian cho các hạt đi ra và ngăn ngừa tái cuốn theo các hạt vào dòng khí, vận tốc khí ngang phải được làm thấp như 1-3 m/s, tốt nhất là dưới 0,3 m/s. Tuy nhiên, tăng chiều rộng và chiều cao của buồng để tăng diện tích mặt cắt ngang có một số bất lợi, khó khăn trong việc phân phối các dòng đầu vào thống nhất trên diện tích mặt cắt ngang. Kể từ khi cơ chế chính thu bụi trong buồng lắng là lực hấp dẫn, một yếu tố động lực cho các thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí, hiệu quả lắng trên một đơn vị dài của buồng lắng bụi thường là rất thấp. Do đó, độ dài của buồng lắng phải đủ dài để cung 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 phải được 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 nên được đặt cạnh nhau, và phải có tường nghiêng để cho phép thu các hạt bụi rơi trên các bức tường xuống. Mỗi phễu phải được trang bị túi để thu thập bụi, và các túi phải được thay thế bằng những cái mới ở những giai đoạn nhất định. 11
2.3 Mô hình thực hiện Trước khi đi vào chi tiết của mô hình hiệu quả trong buồng lắng, xác đ ịnh thích hợp một số khái niệm mô hình. Các thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến hạt hiệu quả thu trong các thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí là thời gian lắng (t R) và thời điểm thu (tC). Các thời gian lắng được xác định là thời gian cho một hạt để chuyển động từ các đầu vào tới đầu ra của buồng lắng. Nói về mặt lý thuyết, nó là thời gian trung bình mà khí thải vẫn nằm trong buồng lắng, và được tính bằng tỷ lệ khối lượng của buồng so với lưu lượng thực tế của dòng khí: tR = (1) Một khái niệm khác trong qua trình lắng là thời gian thu lắng (t C), 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 hay không. Về mặt lý thuyết, cho một hạt bụi lắng được khi thời gian lắng phải bằng hoặc 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 bụi lắng nếu nó chạm vào tường thiết bị thu, các sàn, và nó không phải bị cuốn vào dòng khí sau khi thu thập. Tuy nhiên, trong trường hợp thực tế điều này là không đúng sự thật. Một hạt có thể tái lôi cuốn sau khi lắng tùy thuộc vào đặc tính dòng chảy vàcác tính chất của hạt. Tình trạng này mang lại hai thông số khác trong việc giải 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 tốc khí 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(ν P). Để tránh hiện tượng tái cuốn của 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
Bảng 2. Vận tốc hướng lên các loại vật liệu khac nhau. Vật liệu Tỷ trọng (kg/m3) Kích thước trung Vận tốc hướng lên bình (µ) (m/s) Nhôm 2720 335 4.3 Xi măng 2200 261 5.2 Kim loại màu 3020 117 5.7 Chì 8260 15 7.6 Đá vôi 2780 71 6.4 Tinh bột 1270 64 1.8 Thép 6850 96 4.6 Gỗ 1180 1370 4.0 Mùn cưa - 1400 6.8 Nếu không có dữ liệu liên quan đến vận tốc hướng lên cho vật liệu có sẵn, chiến lược tốt nhất là để đảm bảo lắng thì vận tốc hướng lên khoảng 3 m/s. Trong trường hợp này, vận tốc đi qua(vận tốc khí ngang) phải ít hơn 3 m/s. 2.3.1 Quá trình lắng của bụi Chúng ta phải hiểu được đặc điểm của quá trình lắng trong một buồng l ắng và hiểu được ảnh hưởng của các thông số vận tốc để hiểu được mô hình hiệu suất. Trong buồng lắng bụi, các hạt bụi được thu nhận qua các buồng đầu vào và chúng di chuyển theo chiều ngang với khí hướng về phía cửa ra của buồng lắng. Cùng với hiệu ứng này của vận tốc khí ngang, các hạt cũng có xu hướng di chuyển xuống dưới tác động của lực hấp dẫn. Do đó, chuyển động của một hạt trong một buồng lắng phải được thể hiện bằng một vector có chiều hướng từ ngang. Các hạt di chuyển về phía buồng sàn khi nó di chuyển về phía cuối buồng l ắng với 13
dòng khí. Nếu các hạt bụi chạm sàn cho đến khi nó đến cửa ra sau đó các hạt bụi khác, về mặt lý thuyết,nó sẽ được thu thập. Nếu không, các hạt bụi lắng xuống sẽ không thu được. Hãy xem xét hai hạt bụi giống hệt nhau đi vào một lắng buồng ở những đ ộ cao khác biệt h1 và h2 tương ứng, với h2 là lớn hơn h1 (Hình. 3). những hạt sẽ được trôi theo dòng khí do đó họ vận tốc ngang sẽ bằng vận tốc khí ngang. Đồng thời, hai hạt này sẽ di chuyển xuống đến phía dưới dưới tác dụng của lực hấp dẫn với tốc độ tương đương với vận tốc thiết bị đầu cuối mà họ ước tính theo đ ịnh luật Stoke. Theo h1 và h2 sắp xếp được đưa ra trong hình. 3, các hạt đầu tiên đ ược đi để chạm tới các sàn buồng và nó sẽ được thu lại. Tuy nhiên, hạt thứ hai sẽ không được thu lại bởi vì quỹ đạo của nó không cho thấy rằng nó sẽ không chạm sàn. Hình 3. Hai hạt bụi trong một buồng lắng. Bởi vì các hạt trong hình 3 giống hệt nhau, thiết bị đầu cuối, vận tốc lắng bằng nhau, và quỹ đạo cho là giống nhau. Sự khác biệt duy nhất giữa hai hạt là chiều cao của lối vào. Vì vậy, người ta có thể kết luận rằng chiều cao mà tại đó các hạt đi vào buồng lắng để xác định xem hạt bụi có thể thu lắng được không. Tương tự như vậy, chiều cao (H) của lắng buồng ảnh hưởng đến mức độ thu bụi. chiều cao (H) của buồng lắng càng cao thì hiệu suất càng giảm. Bây giờ hãy xem xét một hạt vào buồng lắng hình 4 cho thấy ảnh hưởng của vận tốc khí ngang trên chuyển động của hạt trong buồng lắng, với vận tốc vector màu xanh lớn hơn màu đỏ về độ lớn. Hình. 4 cho thấy rằng các hạt có thể không ổn định nếu vận tốc khí ngang được tăng lên quá nhiều. Vì vậy, người ta có thể kết luận rằng mức thu bụi hiệu quả trong một buồng lắng là nghịch tỷ lệ nghịch v ới vận tốc khí ngang (νT = νg).Vận tốc khí tăng có thể làm giảm đáng kể hiệu quả thu bụi của buồng. 14
Hình 4. Ảnh hưởng của vận tốc đến quá trình lắng bụi Cuối cùng, hãy xem xét hai hạt cùng vật liệu cùng với đường kính khí động học khác nhau khi đi vào một lắng buồng ở cùng chiều cao từ sàn (Hình. 5). Bởi vì đường kính là khác nhau, vận tốc lắng cũng khác nhau. Các hạt này tốc độ lắng lớn hơn hạt đường kính nhỏ. Do đó, các hạt bụi đi theo con đường màu xanh sẽ được thu lại. Các hạt nhỏ đi theo con đường màu đỏ sẽ không bị lắng xuống. Xem xét thực tế này, có thể kết luận rằng hiệu quả quá trình lắng này sẽ trực tiếp tỷ lệ thuận với vận tốc lắng của hạt (νt), đó là bình phương của kích thước hạt. Hình 5. ảnh hưởng của đường kính hạt trong buồng lắng bụi Chiều dài của buồng lắng (L) cũng có hiệu quả về hiệu suất lắng bụi. Hãy xem xét rằng các buồng trong hình 3 so với hình 5 là dài hơn. Đối với tr ường hợp này, các hạt được lắng xuống sàn buồng dài hơn sẽ nhiều hơn và nó sẽ đ ược thu l ại. Do đó, hiệu quả buồng lắng cũng là tỷ lệ thuận với chiều dài của căn phòng. Tất cả những nhận xét này có thể được đặt lại với nhau để có đ ược một mối quan hệ về hiệu quả lắng bụi trong một buồng lắng như sau: η= k. (3) 15
Ở đây, L là chiều dài của buồng lắng, νt là vận tôc lắng của hạt, H là chiều cao của buồng, νg là vận tốc khí ngang, và k là hệ số liên tục tùy thuộc vào từng trường hợp thực tế khác nhau. 2.3.2 Mô hình dòng chảy khối Để biết trạng thái của một buồng lắng bụi các kỹ sư thường dựa vào một trong hai mô hình. Họ giả thiết chất lỏng đi qua hoàn toàn không có hỗn tạp ( dòng chảy khối hoặc mô hình dòng chảy khối) hoặc họ cho rằng tổng hỗn hợp trong toàn bộ mặt cắt ngang vuông góc với dòng chảy (sau trộn hoặc mô hình trộn). Mỗi một giả thiết đều có những tính toán đơn giản. Qua quan sát thấy trạng thái chủ yếu nằm giữa hai trường hợp đơn giản, do đó, với hai mô hình này các giới hạn có thể được thiết lập dựa trên các tính chất. Cả hai mô hình được sử dụng rộng rãi trong kiểm soát ô nhiễm không khí. Nguồn gốc của cả hai mô hình được thể hiện trong phần sau: Đối với một buồng lắng bụi với chiều cao H, chiều rộng W, chiều dài L, hoạt động ở một lưu lượng Q, một số giả thiết đơn giản hóa được thực hiện và được liệt kê dưới đây liên quan đến đặc tính dòng chảy khối. • Vận tốc khí ngang luôn được giữ nguyên ở mọi nơi trong buồng lắng bụi và bằng vg. • Các hạt bụi chuyển động ngang theo dòng khí có vận tốc bằng vận tốc dòng khí. • Các hạt bụi rơi dưới tác dụng của trọng lực theo phương thẳng đứng. • Nếu một hạt lắng xuống đáy, nó vẫn ở đó mà không bị cuốn đi. • Không có sự tương tác giữa các hạt. • Nồng độ của các hạt được phân bố đều trên mặt cắt ngang vuông góc với dòng chảy. • Không có sự xáo trộn xảy ra ở cả hai chiều ngang và dọc • Với giả thiết này, vận tốc khí ngang có thể được tính bằng cách sử dụng phương trình liên tục như sau: vg = (4) Xét một hạt đi vào buồng ở một khoảng cách xa đáy. Thời gian cần thiết để hạt khí vào và ra khỏi buồng: t= (5) 16
Khoảng cách mà các hạt lắng xuống trong khoảng thời gian này được tính như sau: ht = vt.t = vt (6) Nếu khoảng cách này là bằng hoặc lớn hơn chiều cao mà tại đó các hạt đi vào buồng, là hạt dự trữ. Các hạt còn lại là các hạt không thu được. như vậy có thể xác định được chiều cao ht, các hạt dưới đây là các hạt được dự trữ, không phải là các hạt ở trên( hình 6). Kể từ khi các hạt được phân bố đều trên mặt cắt ngang, hiệu quả thu thập được tính bằng tỉ lệ của chiều cao h t với chiều cao H của buồng: ηPF = (7.a) ηPF là dự đoán hiệu quả các giả thiết của các dòng chảy khối. Thế công thức 6 vào công thức 7.a, ta có mô hình dòng chảy khối như sau: ηPF = (7.b) Hình 6. Các giới hạn chiều cao để các hạt lắng. Công thức 7.b được gọi là mô hình dòng chảy khối dành cho các thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí. So sánh phương trình này với công thức 3 chứng minh các l ập luận đã thảo luận trong phần trước. Ở đây, k trong công thức 3 trở thành duy nhất. Mô hình dòng chảy khối cho thấy hiệu quả của một buồng lắng bụi tỉ lệ thuận với chiều dài của nó và tốc độ lắng bụi của hạt bụi. Ngược lại, mối quan hệ nghịch đảo giữa hiệu quả thu lắng và chiều cao buồng lắng cũng như vận tốc khí ngang. Công thức 7.b có thể được tiếp tục sửa đổi bằng cách đưa ra đ ịnh luật Stoke cho tốc độ lắng bụi thiết bị của các hạt và công thức 4 cho vận tốc khí ngang vào phương trình như sau: 17
ηPF = (LWgpdp2)/18 (7.c) Với ρp là mật độ của hạt, g là gia tốc trọng trường, μ là độ nhớt động lực của khí, và dp là đường kính khí động học của hạt. Công thức 7.c cho thấy hiệu quả thu thập hạt của một buồng l ắng bụi tỷ l ệ thuận với bình phương của đường kính khí động học của hạt. Tất cả các biến khác không đổi, hình 7 cho thấy sự thay đổi hiệu quả lắng liên quan đ ến kích thước hạt. Rõ ràng từ hình 7 hiệu quả thu lắng ước tính bằng mô hình dòng chảy khối vượt quá 100% khi hạt có kích thước nhất định phụ thuộc vào tính chất của dòng khí và hạt. Trong môi trường hỗn hợp mô hình dòng chảy khối luôn được đánh giá hiệu quả cao, đặc biệt là cho các hạt lớn hơn. Như vậy, mô hình dòng chảy khối được xem là phi thực tế hiệu suất lắng bụi trong buồng lắng bụi và cần một phương pháp hiện thực hơn. 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 Ví dụ 1. Mô hình hình dòng chảy khối Một buồng lắng bụi với chiều dài 14m với chiều cao 2,5 m hoạt động ở vận tốc khí ngang của 1 m/v. Mật độ của các hạt đá vôi được phải được loại bỏ trong buồng lắng bụi là 2.780 kg/m3. Giả sử dòng khí thải đây là dòng chảy khối và độ nhớt động lực khí thải của 1.8x10-5 kg.m-1.s-1. Tính toán hiệu suất cho buồng lắng bụi với kích thước hạt bụi là 50µm Giải pháp: Hiệu suất cho buồng lắng bụi với kích thước hạt bụi là 50µm với vận tôc lắng của hạt bụi vt sẽ là: 18
Hiệu suất cho buồng lắng bụi với kích thước hạt bụi 50µm là: Điều này có nghĩa rằng 84,6% của các hạt bụi lắng xuống sẽ được đưa ra khỏi dòng khí và phần còn lại 15,4% sẽ rời khỏi buồng lắng mà không bị giữ lại. Ví dụ, nếu nồng độ các hạt bụi là 3000 mg.m-3, sau đó tập trung ở lối ra của buồng lắng sẽ là 3000 *0,154 = 462 mg.m-3 và phần còn lại 3000-462 = 2538mg.m-3. 2.3.3 Mô hình hỗn hợp Mô hình dòng chảy khối được xem là phi thực tế hiệu suất l ắng bụi trong buồng lắng bụi trong buồng lắng bụi. Vì vậy, cần thiết để đưa ra được một mô hình mô phỏng hoạt động của buồng lắng bụi tốt hơn. Các mô hình hỗn hợp giả định, trái ngược với mô hình dòng chảy khối, có phần chéo của buồng vuông góc. Để dòng khí là hỗn hợp hoàn toàn không có pha trộn theo chiều ngang. Giữ tất cả các giả định khác của mô hình dòng chảy khối phù hợp với mô hình hỗn hợp, hệ thống phải được điều tra theo sự gia tăng của chiều dài buồng. Hãy xem xét một chiều dài dx gia tăng của buồng trong đó tổng pha trộn diễn ra và nồng độ hạt bụi được phân bố đồng đều trong không gian này gia tăng (Hình. 8). Từ đặc tính dòng chảy khối còn áp dụng theo chiều ngang, thời gian cần thiết cho khối khí đi qua chiều dài của buồng tăng thêm này được viết dựa trên phương trình. 5 như sau: (8) 19
Hình 8. Gia tăng trộn trong buồng lắng Tương tự như mô hình dòng chảy khối, chiều cao h nhất định trên sàn buồng có thể được xác định, các hạt ở dưới có th ể lắng xuống và các hạt ở trên thì không. Chiều cao này có thể được tính tương tự như sau: (9) Hiệu quả thu lắng trong thời gian gia tăng này sau đó là: (10) và sự thay đổi của nồng độ trong chiều dài gia tăng tỷ lệ thuận với tổng nồng độ trộn xảy ra trong không gian gia tăng: (11.a) Một dấu trừ được đặt trong phương trình kể từ khi nồng độ giảm khi các hạt bụi được đưa ra. Công thức 10 và công thức 11.a. có thể được kết hợp và sắp xếp lại để có được (11.b) xác định bởi hai điều kiện ranh giới ở đầu vào và đầu ra của buồng. Nồng độ của các hạt ở đầu vào (x = 0) là C0 trong khi nồng độ tại đầu ra (x = L) là Ce. Với những điều kiện biên, phương trình 11.b có thể được tích hợp để có được công thức 12 như sau: (11.c) (12) 20