THI T K THI T BẾ Ế Ế Ị
X LÝ B I KIM LO IỬ Ụ Ạ
1.M c đích và yêu c u :ụ ầ
1.1.M c đích :ụ
M c đích c a đ án thi t k này là t p cho sinh viên cách làm quen v i vi c th c hi n lu n ánụ ủ ồ ế ế ậ ớ ệ ự ệ ậ
t t nghi p và xa h n là th c hi n các d án th c t trong t ng laiố ệ ơ ự ệ ự ự ế ươ
Nó t p cho sinh viên s t duy th c t , tìm hi u nh ng v n đ c n gi i quy t ,và đ a ra nh ngậ ự ư ự ế ể ữ ấ ề ầ ả ế ư ữ
bi n pháp mà h cho là có l i nh t khi áp d ngệ ọ ợ ấ ụ
1.2.Yêu c u:ầ
Tính toán thi t k thi t b x lý b i kim lo i t giai đo n x lý đ n khi th i khí sau x lý ra khôngế ế ế ị ử ụ ạ ừ ạ ử ế ả ử
khí (b ng qu t gió và ng khói) sau cho không khí sau x lý đ t đ c tiêu chu n khí th i Vi tằ ạ ố ử ạ ượ ẩ ả ở ệ
Nam cho phép đ ng th i phù h p v i đi u ki n kinh t xã h i Vi t Nam.ồ ờ ợ ớ ề ệ ế ộ ở ệ
2.N i dung :ộ
Không khí có ý nghĩa to l n đ i v i con ng i ,trong m t ngày thì m t ng i c n kho ng 1,8 ÷ớ ố ớ ườ ộ ộ ườ ầ ả
2,5 Lít n c u ng, kho ng 1,4 kg th c ăn nh ng c n m t l ng không khí kho ng 14 kg t ngướ ố ả ứ ư ầ ộ ượ ả ươ
đ ng 12m³ không khí.ươ
Con ng i có th không u ng n c t 2 ÷ 4 ngày và không ăn gì trong 2 tu n nh ng không thườ ể ố ướ ừ ầ ư ể
thi u không khí trong vài phút. Ng i ta có th đun sôi n c ,n u chín th c ăn đ h n ch nhế ườ ể ướ ấ ứ ể ạ ế ả
h ng do ô nhi m nh ng h ph i s d ng không khí xung quanh đ th ngay c lúc không khíưở ễ ư ọ ả ử ụ ể ở ả
đó b ô nhi m. Chính vì th mà không khí có vai trò r t quan tr ng đ i v i con ng i. ị ễ ế ấ ọ ố ớ ườ
Ô nhi m không khí là s tăng các lo i n ng đ c a các ch t có trong không khí v t quá gi iễ ự ạ ồ ộ ủ ấ ượ ớ
h n cho phép ho c s hi n di n trong không khí m t hay nhi u ch t ô nhi m nh b i ,khóiạ ặ ự ệ ệ ộ ề ấ ễ ư ụ
,khí ,ch t bay h i,… làm thay đ i thành ph n không khí s ch.N u không x lý ô nhi m này thìấ ơ ổ ầ ạ ế ử ễ
s gây ra các tác h i đ n môi tr ng nh làm gi m kh năng quang h p c a cây xanh ,… đ ngẽ ạ ế ườ ư ả ả ợ ủ ồ
th i còn có nh h ng gián ti p và tr c ti p đ n s c kho và đ i s ng xã h i c a con ng i,cóờ ả ưở ế ự ế ế ứ ẻ ờ ố ộ ủ ườ
nguy c gây tác h i đ n đ ng th c v t , v t li u.ơ ạ ế ộ ự ậ ậ ệ
T nh ng phân tích trên ,nên vi c ph i x lý ô nhi m nói chung và x lý b i nói riêng là yêu c uừ ữ ệ ả ử ễ ử ụ ầ
b c thi t c a chúng ta. Đ x lý b i kim lo i m t cách hi u qu nh t, c n l a ch n các thi t bứ ế ủ ể ử ụ ạ ộ ệ ả ấ ầ ự ọ ế ị
x lý phù h p v i tính ch t hoá h c lý h c c a lo i b i c n x lý. Trong ph m vi c a đ án nàyử ợ ớ ấ ọ ọ ủ ạ ụ ầ ử ạ ủ ồ
,tôi x d ng ph ng pháp x lý b i kim lo i đ ng b ng ph ng pháp t và ph ng pháp khô. ử ụ ươ ử ụ ạ ồ ằ ươ ướ ươ
Đ i v i ph ng pháp t ,quá trình thu h i b i d a trên s ti p xúc c a dòng khí v i ch tố ớ ươ ướ ồ ụ ự ự ế ủ ớ ấ
l ng ,đ c th c hi n b ng các bi n pháp c b n sau: ỏ ượ ự ệ ằ ệ ơ ả
1. dòng khí ch a b i đi vào thi t b và đ c r a b ng ch t l ng .Các h t b i đ c tách ra kh iứ ụ ế ị ượ ử ằ ấ ỏ ạ ụ ượ ỏ
khí nh va ch m v i các gi t l ng.ờ ạ ớ ọ ỏ
2. ch t l ng t i t b m t làm vi c c a thi t b ,còn dòng khí ti p xúc v i b m t này. Các h tấ ỏ ướ ướ ề ặ ệ ủ ế ị ế ớ ề ặ ạ
b i b hút b i màng n c và tách ra kh i dòng khí.ụ ị ở ướ ỏ
3. dòng khí b i đ c s c vào n c và b chia ra thành các b t khí. Các h t b i b dính t vàụ ượ ụ ướ ị ọ ạ ụ ị ướ
lo i ra kh i khí.ạ ỏ
Do ti p xúc dòng khí nhi m b i v i ch t l ng hình thành b m t ti p xúc pha. B m t này baoế ễ ụ ớ ấ ỏ ề ặ ế ề ặ
g m các b t khí ,tia khí ,tia l ng ,gi t l ng và màng l ng .Trong đa s thi t b thu h i b i t t nồ ọ ỏ ọ ỏ ỏ ố ế ị ồ ụ ướ ồ
t i các d ng b m t khác nhau, do đó b i đ c thu h i theo nhi u c ch khác nhau. Thi t bạ ạ ề ặ ụ ượ ồ ề ơ ế ế ị
l c b i t có các u đi m và nh c đi m so v i các thi t b d ng khác nh sau:ọ ụ ướ ư ể ượ ể ớ ế ị ạ ư
u đi m :Ư ể
Hi u qu thu h i b i cao.ệ ả ồ ụ
Có th ng d ng đ thu h i b i có kích th c đ n 0,1 m.ể ứ ụ ể ồ ụ ướ ế
Có th s d ng khi nhi t đ và đ m cao.ể ử ụ ệ ộ ộ ẩ
Nguy hi m v cháy n th p nh t.ể ề ổ ấ ấ
Cùng v i b i có th thu h i h i và khí.ớ ụ ể ồ ơ
Nh c đi m :ượ ể
B i thu đ c d ng c n ,do đó ph i x lý n c th i, làm tăng chi phí cho quá trình x lý.ụ ượ ở ạ ặ ả ử ướ ả ử
Các gi t l ng có kh năng b cu n theo khí và cùng v i b i l ng trong ng d n và máy hút.ọ ỏ ả ị ố ớ ụ ắ ố ẫ
Trong tr ng h p khí có tính ăn mòn ,c n ph i b o v thi t b và đ ng ng b ng v t li uườ ợ ầ ả ả ệ ế ị ườ ố ằ ậ ệ
ch ng ăn mòn.ố
Ch t l ng dùng đ t i c a thi t b th ng là n c .Khi k t h p quá trình thu h i b i v i x lýấ ỏ ể ướ ủ ế ị ườ ướ ế ợ ồ ụ ớ ử
hoá h c, ch t l ng đ c ch n theo quá trình h p th ọ ấ ỏ ượ ọ ấ ụ
Đ i v i ph ng pháp khô (s d ng thi t b l c b i Xiclon), các lo i thi t b này khá ph bi n.ố ớ ươ ử ụ ế ị ọ ụ ạ ế ị ổ ế
Xiclon đ c ng d ng r ng trong công nghi p vì hi u qu x lý b i cao đ i v i các lo i b i cóượ ứ ụ ộ ệ ệ ả ử ụ ố ớ ạ ụ
c h t ≥ 5ìm. Thu h i b i trong Xiclon di n ra d i tác d ng c a l c ly tâm. ở ạ ồ ụ ễ ướ ụ ủ ự
Dòng khí nhi m b i đ c đ a vào ph n trên c a Xiclon. Thân Xiclon th ng là hình tr có đáy làễ ụ ượ ư ầ ủ ườ ụ
chóp c t. Khí vào Xiclon th c hi n chuy n đ ng xo n c, d ch chuy n xu ng d i và hình thànhụ ự ệ ể ộ ắ ố ị ể ố ướ
dòng xoáy ngoài. Lúc đó các h t b i d i tác d ng c a l c ly tâm văng vào thành Xiclon. Ti nạ ụ ướ ụ ủ ự ế
g n đ n đáy chóp, dòng khí b t đ u quay ng c tr l i và chuy n đ ng lên trên hình thành dòngầ ế ắ ầ ượ ở ạ ể ộ
xo n trong. Các h t b i văng vào thành Xiclon và d ch chuy n xu ng d i nh l c đ y c a dòngắ ạ ụ ị ể ố ướ ờ ự ẩ ủ
xoáy và tr ng l c và ra kh i Xiclon qua ng x b i. Khí s ch sau x lý đ c đ a ra phía trênọ ự ỏ ố ả ụ ạ ử ượ ư ở
đ nh thi t b b i ng tr tâm.ỉ ế ị ở ố ụ
Các y u t nh h ng đ n quá trình l c b i c a Xiclon:ế ố ả ưở ế ọ ụ ủ
Do quá trình l c b i trong xiclon di n ra ph c t p nên không th tính toán chính xác k t c u vàọ ụ ễ ứ ạ ể ế ấ
hi u qu thu h i b i b ng lý thuy t. Tuy nhiên qua lý thuy t có th làm sáng t m t cách chínhệ ả ồ ụ ằ ế ế ể ỏ ộ
xác các y u t nh h ng đ n quá trình l c b i trong Xiclon.ế ố ả ưở ế ọ ụ
Đ ng kính t i thi u c a h t b i đ c gi trong Xiclon đ c tính theo công th c sau (công th cườ ố ể ủ ạ ụ ượ ữ ượ ứ ứ
Baturin V.V – 1965) :
dmin =
Trong đó : R1 = Bán kính ng tr trong, mố ụ
R2 = Bán kính Xiclon, m
n = S vòng dòng khí chuy n đ ng trong Xiclon (th ng đ c tính b ng 2)ố ể ộ ườ ượ ằ
VK = V n t c dòng khí trong Xiclon (đ c xem nh t c đ khí vào ng d n ậ ố ượ ư ố ộ ố ẫ
khí và t c đ h t b i có trong khí ), m/số ộ ạ ụ
Các h t b i có kích th c l n d l ng h n các h t b i có kích th c nh , khi tăng kh i l ngạ ụ ướ ớ ễ ắ ơ ạ ụ ướ ỏ ố ượ
riêng thì t c đ thu b i tăng.ố ộ ụ
Gi m hi u s (R2 – R1) thì chi u dài qu ng đ ng h t b i chuy n đ ng gi m, vì th h t b i dả ệ ố ề ả ườ ạ ụ ể ộ ả ế ạ ụ ễ
l ng. Tuy nhiên n u (R2 – R1) quá nh l i d làm bít ng d n khi n ng đ b i l n. N u (R2 –ắ ế ỏ ạ ễ ố ẫ ồ ộ ụ ớ ế
R1) không đ i nh ng tăng giá tr tuy t đ i c a R2 và R1 s làm tăng t ng (R2 + R1) thì khi đóổ ư ị ệ ố ủ ẽ ổ
t c đ l ng b i s ch m. Vì v y đ tăng hi u qu thu h i b i, ng i ta th ng gi m đ ng kínhố ộ ắ ụ ẽ ậ ậ ể ệ ả ồ ụ ườ ườ ả ườ
( trong m t gi i h n nh t đ nh) ch không tăng v n t c.ộ ớ ạ ấ ị ứ ậ ố
Quan h t i u gi a đ ng kính và chi u cao Xiclon : 2 ÷ 3ệ ố ư ữ ườ ề
Th ng thì R1 = (0,5 ÷ 0,75)R2 ườ
Chi u cao thân chính c a Xiclon : HX = 1,5 D (đ xem l i tài li u ?)ề ủ ể ạ ệ
Hi u qu thu h i b i trong Xiclon t l thu n v i căn b c hai c a v n t c và t l ngh ch v i cănệ ả ồ ụ ỉ ệ ậ ớ ậ ủ ậ ố ỉ ệ ị ớ
b c hai c a đ ng kính. Do đó Xiclon làm vi c t t khi v n t c khí cao vào kho ng 20 ÷ 25 m/sậ ủ ườ ệ ố ậ ố ả
nh ng không nh h n 15 m/s đ ng th i đ ng kính thi t b nh . Tuy nhiên tăng v n t c có thư ỏ ơ ồ ờ ườ ế ị ỏ ậ ố ể
d n đ n vi c tăng kh năng cu n b i theo dòng khí và tăng tr l c. Khi nhi t đ tăng thì h sẫ ế ệ ả ố ụ ở ự ệ ộ ệ ố
nh t trong môi tr ng tăng và hi u qu thu b i s gi m.ớ ườ ệ ả ụ ẽ ả
Thi t b Xiclon có các u đi m và nh c đi m sau:ế ị ư ể ượ ể
u đi m:Ư ể
Không có ph n chuy n đ ng.ầ ể ộ
Có th làm vi c nhi t đ cao (có th đ n 500oC).ể ệ ở ệ ộ ể ế
Thu h i b i d ng khô.ồ ụ ở ạ
Tr l c h u nh c đ nh và không l n (250 ÷ 1500 N/m²).ở ự ầ ư ố ị ớ
Làm vi c t t áp su t cao.ệ ố ở ấ
Năng su t cao.ấ
Hi u qu không ph thu c n ng đ b i.ệ ả ụ ộ ồ ộ ụ
Nh c đi m :ượ ể
Hi u qu v n hành kém khi b i có kích th c nh h n 5ìmệ ả ậ ụ ướ ỏ ơ
Không th thu h i b i k t dính.ể ồ ụ ế
N ng đ b i cho phép ng d ng Xiclon ph thu c đ ng kính Xiclon:ồ ộ ụ ứ ụ ụ ộ ườ
Đ ng kính Xiclon, mm 800 600 500 400 300 200 100ườ
N ng đ b i cho phép, kg/m³ 2,5 2,0 1,5 1,2 1,0 0,8 0,6ồ ộ ụ
Trong tính toán xiclon ,ng i ta th ng ch n :ườ ườ ọ
T c đ dòng khí đi ra kh i Xiclon t 4 ÷ 8 m/s.ố ộ ỏ ừ
Kích th c ng vào Xiclon :k = = 2 ÷ 4 cmướ ố
T c đ dòng khí đi vào Xiclon t 18 ÷ 20 m/số ộ ừ
2.1.Các s li u c b n c a b i và thi t b x lý:ố ệ ơ ả ủ ụ ế ị ử
Kh i l ng riêng c a b i Đ ng : 1250 kg/m³ố ượ ủ ụ ồ
Theo TCVN 5939-1995 thì n ng đ b i Đ ng có trong khí th i không đ c v t quá 150 mg/m³ồ ộ ụ ồ ả ượ ượ
2.2.Tính toán thi t k thi t b l c b i theo ph ng pháp t (thi t b s i b t) :ế ế ế ị ọ ụ ươ ướ ế ị ủ ọ
2.2.1.Thân tháp và mâm:
Thân tháp và mâm đ c làm b ng v t li u ph thu c vào m c đ ăn mòn c a môi tr ng làmượ ằ ậ ệ ụ ộ ứ ộ ủ ườ
vi c. Thân tháp th ng có hình tr tròn, ch t o thành t ng đo n ghép v i nhau. B dày c a v tệ ườ ụ ế ạ ừ ạ ớ ề ủ ậ
li u ph thu c vào t c đ ăn mòn c a môi tr ng. Mâm đ c g n c đ nh vào tháp. N u c nệ ụ ộ ố ộ ủ ườ ượ ắ ố ị ế ầ
thi t thì có thêm vòng đ ho c thanh đ đ mâm đ c v ng ch c.ế ỡ ặ ỡ ể ượ ữ ắ
2.2.2.Kho ng cách mâm : ả
Kho ng cách mâm th ng đ c ch n tr c trên c s đi u ki n ch t o, b o trì ,chi phí h p lýả ườ ượ ọ ướ ơ ở ề ệ ế ạ ả ợ
sau đó ki m tra l i khi tháp ho t đ ng đ m b o không l t. Theo kinh nghi m th ng l y theoể ạ ạ ộ ả ả ụ ệ ườ ấ
B ng 1.ả
B ng 1: Kho ng cách mâm theo đ ng kính mâmả ả ườ
Đ ng kính mâm, D (m) Kho ng cách mâm, H (m)ườ ả
T i thi u 0,150ố ể
Đ n 1,2 0,450 ÷ 0,500ế
1,2 ÷ 3,0 0,600
3,0 ÷ 3,6 0,750
3,6 ÷ 7,2 0,900
2.2.3.Đ ng kính tháp:ườ
Đ ng kính tháp hay ti t di n tháp t ng ng v i su t l ng pha l ng ,pha khí đã cho ph i đườ ế ệ ươ ứ ớ ấ ượ ỏ ả ủ
đ khi tháp ho t đ ng không gây nên tr ng thái l t ho c lôi cu n pha l ng lên mâm trên quáể ạ ộ ạ ụ ặ ố ỏ
nhi u. V i mâm chóp ho c xuyên l tr ng thái ng p l t , v n t c bi u ki n c a pha khí VFề ớ ặ ỗ ở ạ ậ ụ ậ ố ể ế ủ
(d a trên di n tích b m t b c h i c a mâm Sn) liên h đ n kh i l ng riêng c a hai pha nhự ệ ề ặ ố ơ ủ ệ ế ố ượ ủ ư
sau :
VF = CF , m/s
V i: CF = Thông s năng su t ph thu c vào su t l ng c a hai pha và đ c xác đ nh ớ ố ấ ụ ộ ấ ượ ủ ượ ị
b ng đ th cho t ng lo i mâm. ằ ồ ị ừ ạ
B ng 2 : Su t l ng pha l ng cho phép theo t ng lo i mâm, m³/hả ấ ượ ỏ ừ ạ
Đ ng kính tháp ,mm Lo i mâmườ ạ
1 2 3 4
1000 0 - 7 7 – 45 - -
1400 0 – 9 9 – 70 - -
2000 0 – 11 11 – 90 90 – 160 -
2600 0 – 11 11 – 110 110 – 180 -
3400 0 – 11 11 – 110 110 – 200 200 – 300
4000 0 – 11 11 – 110 110 – 230 230 – 350
5000 0 – 11 11 – 110 110 – 250 250 – 400
7000 0 – 11 11 – 110 110 - 250 250 – 400
Trên m i mâm có nhi u l hay rãnh, đ ng kính t 3 ÷ 12 mm, t ng ti t di n các l trên mâmỗ ề ỗ ườ ừ ổ ế ệ ỗ
chi m t 8 ÷ 15% ti t di n tháp. Kho ng cách gi a hai tâm l b ng 2,5 ÷ 5 l n đ ng kính. Bế ừ ế ệ ả ữ ỗ ằ ầ ườ ề
dày mâm th ng b ng ÷ đ ng kính l n u làm b ng thép không r , n u làm b ng thép Carbonườ ằ ườ ỗ ế ằ ỉ ế ằ
hay h p kim thì b dày l n h n t l trên m t tí. ợ ề ớ ơ ỉ ệ ộ
Mâm ph i th t ngang b ng khi l p vào tháp. Đ i v i nh ng tháp có đ ng kính quá l n (>2,4ả ậ ằ ắ ố ớ ữ ườ ớ
m) ,ít dùng mâm xuyên l vì khi đó ch t l ng phân ph i không đ u trên mâm.ỗ ấ ỏ ố ề
Trong tháp mâm xuyên l thì pha khí đi t d i lên qua các l trên mâm và phân tán vào l p ch tỗ ừ ướ ỗ ớ ấ
l ng chuy n đ ng t trên xu ng. ỏ ể ộ ừ ố
Tuỳ theo l u l ng hai pha l ng và khí mà có ba ch đ thu đ ng : khi v n t c khí nh thì phaư ượ ỏ ế ộ ỷ ộ ậ ố ỏ
khí đi qua pha l ng d ng t ng b t riêng bi t ,pha l ng có th ch y rò qua l trên mâm. Khiỏ ở ạ ừ ọ ệ ỏ ể ả ỗ
tăng v n t c khí lên thì khí đi qua pha l ng b ng nh ng b t liên t c ,ch t l ng không còn ch y ròậ ố ỏ ằ ữ ọ ụ ấ ỏ ả
qua l trên mâm. ch đ này tháp ho t đ ng n đ nh. Khi tăng v n t c khí lên n a thì khí vàỗ Ơ ế ộ ạ ộ ổ ị ậ ố ữ
l ng trên mâm s t o nên m t h n h p b t l ng xáo tr n m nh trên mâm. đi u ki n này mâmỏ ẽ ạ ộ ỗ ợ ọ ỏ ộ ạ Ơ ề ệ
ho t đ ng v i hi u su t cao nh t. N u ti p t c tăng v n t c thêm n a thì s x y ra hi n t ngạ ộ ớ ệ ấ ấ ế ế ụ ậ ố ữ ẽ ả ệ ượ
lôi cu n ch t l ng lên mâm trên.ố ấ ỏ
Ch n : Chi u cao l p b t là 100 (mm)ọ ề ớ ọ
V n t c khí vào thi t b là 2 (m/s)ậ ố ế ị
L u l ng n c t i cho 1m³ khí là 0,5 (lít/m³)ư ượ ướ ướ
Tr l c c a thi t b là 122 mmH2O t ng đ ng 1200 Paở ự ủ ế ị ươ ươ
V i : L u l ng khí vào thi t b là 12500 (m³/h)ớ ư ượ ế ị
N ng đ b i trong khí là 12 (g/m³)ồ ộ ụ
T l % b i theo kích th c c h t trong h n h p khí vào thi t b là: ỉ ệ ụ ướ ở ạ ỗ ợ ế ị
10 ÷ 15 ìm 15 ÷ 30 ìm >30 ìm
22 % 58 % 20 %
Hình 3 : Thi t b r a khí s i b tế ị ử ủ ọ
A-S i b t v i mâm ch y tràn ; B – S i b t v i mâm ch y s i b t: 1 –Thân; 2 – L trên mâm; 3 –ủ ọ ớ ả ủ ọ ớ ả ủ ọ ỗ
H p nh p li u ;4 – Mâm ;5 – H p ch y tràn; 6 – Vòi t iộ ậ ệ ộ ả ướ
Tính toán thi t k thi t b s i b t :ế ế ế ị ủ ọ
Kh i l ng riêng c a khí th i 30oC :ố ượ ủ ả ở
kg/m³
Ch n v n t c vào thi t b s i b t là 2 m/sọ ậ ố ế ị ủ ọ
L ng khí vào thi t b :ượ ế ị
GV = = 1,165 x 12500 = 14562,5 kg/h
Trong đó : QV = L u l ng khí vào thi t b s i b t ,m³/h;ư ượ ế ị ủ ọ
= Kh i l ng riêng c a khí ,kg/m³ố ượ ủ
N ng đ % b i trong khí vào thi t b s i b t:ồ ộ ụ ế ị ủ ọ
x100 = 1,03 %
N ng đ % b i trong khí ra kh i thi t b :ồ ộ ụ ỏ ế ị
1,03(1 – 0,9) = 0,103 %
Trong đó : N ng đ % b i vào thi t b , %;ồ ộ ụ ế ị
Hi u su t x lý b i c a thi t b . Ch n 90 %ệ ấ ử ụ ủ ế ị ọ
L ng khí ra kh i thi t b :ượ ỏ ế ị
14562,500 14427,366 kg/h
L ng klhí s ch hoàn toàn :ượ ạ
14562,50 x 14412,50 kg/h
L ng b i thu đ c :ượ ụ ượ
14562,500 – 14427,366 = 135,134 kg/h
L ng khí ra kh i thi t b :ượ ỏ ế ị
12384,005 m³/h