Lời nói đầu Ngày vấn đề ô nhiễm không khí tác hại sức khoẻ nguời nói riêng hệ sinh thái nói chung trở thành vấn đề xúc nhân loại Từng quốc gia có chương trình hành động riêng để bảo vệ môi trường đồng thời có chương trình hành động chung giới với mục đích đẩy lùi hiểm họa môi trường có khả xảy hành tinh Môi trường không khí nước ta khu công nghiệp, đặc biệt nhà máy sản xuất hoá chất, vật liệu xây dựng, khí tồn dấu hiệu đáng lo ngại Phần lớn nhà máy xí nghiệp chưa trang bị hệ thống xử lý bụi khí độc hại, hàng ngày hàng thải vào bầu khí lượng khổng lồ chất độc hại Phương pháp lọc bụi để xử lý bụi đơn giản làm cho bụi lắng đọng tác dụng trọng lực Những hạt bụi cỡ lớn thường lắng đọng đường ống, để hiệu trình lắng cao người ta phải chế tạo thiết bị riêng biệt dành riêng cho việc lắng bụi gọi buồng lắng bụi Cấu tạo buồng lắng đơn giản - không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào vận tốc dòng khí giảm xuống nhỏ, nhờ hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy tác dụng trọng lực bị giữ lại mà không bị dòng khí mang theo Buồng lắng bụi áp dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 60 - 70um trở lên Tuy vậy, hạt bụi có kích thước nhỏ bị giữ lại buồng lắng Bài chuyên đề nhóm chủ yếu nói tổng quan buồng lắng bụi MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỤI Ô nhiễm không khí bụi 1.1 Định nghĩa bụi 1.2 Phân loại bụi 1.3 Tính chất hóa lí bụi 1.4 Ảnh hưởng ô nhiễm bụi 1.4.1 Ảnh hưởng đến người 1.4.2 Ảnh hưởng đến thực vật CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CHI TIẾT VỀ BUỒNG LẮNG BỤI 2.1 Giới thiệu 2.2 Cấu trúc buồng lắng bụi 2.3 Mô hình thực 11 2.3.1 Quá trình lắng 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 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG HÌNH ẢNH Hình Hai thiết kế buồng lắng với (a) hình chữ nhật (b) cắt ngang hình tròn Hình Buồng lắng bụi nhiều tầng 10 Hình Hai hạt bụi buồng lắng 13 Hình Ảnh hưởng vận tốc đến trình lắng bụi 14 Hình ảnh hưởng đường kính hạt buồng lắng bụi 14 Hình Các giới hạn chiều cao để hạt lắng 16 Hình Sự thay đổi hiệu thu thập ước tính mô hình dòng chảy khối buồng lắng bụi với kích thước hạt 17 Hình Gia tăng trộn buồng lắng 19 Hình Hiệu thay đổi hạt bụi ước tính mô hình hỗn hợp buồng lắng liên quan đến kích thước hạt 21 BẢNG Bảng Phân loại theo độ bám dính Bảng Vận tốc hướng lên loại vật liệu khac 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỤI Ô nhiễm không khí bụi 1.1 Định nghĩa bụi Bụi tập hợp nhiều hạt có kích thước bé, tồn lâu không khí dạnh bụi bay, bụi lắng hệ khí dung nhiều pha gồm hơi, khói, sương mù Bụi bay có kích thước từ 0,002-10𝜇𝑚 bao gồm tro, muội, khói hạt rắn nghiền nhỏ, chuyển động theo kiểu Brownian rơi xuống đất với vận tốc không đổi theo định luật stoke Về mặt sinh học, bụi thường gây tổn thương nặng cho quan hô hấp, phổi nhiễm bụi thạch anh (siliccose) hít phải không khí có chứa bụi bioxit silic lâu ngày Bụi lắng có kích thước lớn 10𝜇𝑚, thường rơi nhanh xuống đất theo định luật Newton với tốc độ tăng dần Về mặt sinh học, bụi 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 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 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, số tinh dầu gỗ…) + Bụi gây ung thư (bụi quặng, crom, chất phóng xạ…) + Bụi xơ hóa phổi (thạch anh, quặng amiang…) 1.3 Tính chất hóa lí bụi  Tính tán xạ Kích thước hạt: thông số bụi, chọn thiết bị lọc chủ yếu dựa vào thành phần tán xạ bụi Thành phần tán xạ: hàm lượng tính số lượng hay khối lượng hạt thuộc nhóm kích thước khác Nhóm kích thước (nhóm cỡ hạt hay nhóm hạt): phần tương đối hạt có kích thước nằm khoảng trị số xác định coi giới hạn giới hạn Kích thước hạt đặc trưng vận tốc treo (vt, m/s) vận tốc rơi tự hạt không khí  Tính bám dính Tính bám dính hạt xác định xu hướng kết dính chúng Độ kết dính hạt tăng làm cho thiết bị lọc bị nghẽn sản phẩm lọc Kích thước hạt nhỏ chúng dễ bám dính vào bề mặt thiết bị Bụi có 60 - 70% hạt có đường kính nhỏ 10𝜇𝑚 coi bụi kết dính Bảng Phân loại theo độ bám dính Đặc trưng kết Tên gọi dính bụi Bụi xỉ khô, bụi thạch anh ( cát khô), bụi sét khô Không dính kết Kết dính yếu Tro bay chứa nhiều sản phẩm chưa cháy, bụi than cốc, bụi magezit (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 magezit ẩm, bụi kim loại, bụi pirit, oxit chì, kẽm thiếc, bụi xi măng khô, mồ hóng, sữa khô, bụi tinh bột, mạt cưa Bụi xi măng thoát từ không khí ẩm, bụi thạch cao thạch cao mịn, phân bón, supperphotphat kép, bụi clinke, Kết dính mạnh natri chứa muối, bụi sợi, tất loại bụi có kích thước nhỏ 10𝜇𝑚  Tính mài mòn Tính mài mòn bụi đặc trưng cho cường độ mài mòn kim loại vận tốc khí nồng độ bụi Nó phụ thuộc vào độ cứng, hình dạng, kích thước mật độ hạt Tính mài mòn bụi tính đến chọn vận tốc khí, chiều dày thiết bị đường ống dẫn khí chọn vật liệu ốp thiết bị  Tính thấm Tính thấm nước có ảnh hưởng định đến hiệu thiết bị lọc bụi kiêu ướt, đặc biệt thiết bị làm việc có tuần hoàn Khi hạt khó thấm tiếp xúc với bề mặt chất lỏng, chúng bị bề mặt chất lỏng bao bọc Ngược lại hạt dễ thấm chúng không bị nhúng chìm hay bao phủ hạt lỏng, mà bề mặt nước Sau bề mặt chất lỏng bao bọc phần lớn hạt, hạt lại tiếp tục tới gần chất lỏng, kết va đập đàn hồi với hạt nhúng chìm trước đó, chúng bị đẩy trở lại dòng khí, hiệu lọc thấp Các hạt phẵng dễ thấm so với hạt có bề mặt không Sở dĩ hạt có bề mặt không hầu hết bao bọc vỏ khí hấp thụ cản trở thấm  Tính hút ẩm tính hòa tan Các tính chất bụi xác định trước hết thành phần hóa học chúng kích thước, hình dạng độ nhám bề mặt Nhờ tính hút ẩm tính hòa tan mà bụi lọc thiết bị lọc kiểu ướt  Tính mang điện Tính mang điện bụi ảnh hưởng đến trạng thái bụi đường ống hiệu suất bụi (đối với thiết bị lọc điện, thiết bị lọc kiểu ướt…) Ngoài tính mang điện ảnh hưởng đến an toàn cháy nổ tính dính bám bụi  Tính cháy nổ Bụi cháy bề mặt tiếp xúc với oxy không khí, có khả tự bốc cháy tạo thành hỗn hợp nổ với không khí Cường độ nổ bụi phụ thuộc vào tính chất hóa học, tính chất nhiệt bụi, kích thước hình dạng hạt, nồng độ chúng không khí, độ ẩm thành phần khí, kích thước nhiệt độ nguồn cháy 1.4 Ảnh hưởng ô nhiễm bụi 1.4.1 Ảnh hưởng đến người Bụi vào phổi gây kích thích học phát sinh phản ứng hóa phổi gây nên bệnh hô hấp.Những hạt bụi có kích thước nhỏ 10𝜇𝑚 giữ lại phổi Tuy nhiên hạt bụi có đường kích nhỏ 1𝜇𝑚 chuyển khí hệ thống hô hấp Khi có tác động củacuar hạt bụi tới mô phổi,đa số xảy hư hại sau đây: Viêm phổi: làm tắc nghẽn phế quản,từ làm giảm khả phân phối khí Khí thủng phổi: phá hoại túi phổi từ làm giảm khả trao đổi khí oxy CO2 Ung thư phổi: phá hoại mô phổi, làm tắc nghẽn trao đổi máu tế bào,làm ảnh hưởng khả máu hệ thống tuần hoàn Từ kéo theo số vấn đề đáng lưu ý tim, đặc biệt lớp khí ô nhiễm có nồng độ cao  Các bệnh khác bệnh gây Bệnh đường hô hấp: tùy theo nguồn gốc loại bùi mà gây bệnh viêm mũi, họng, khí, phế quản khác Bụi hữu sợi, gai, làm dính vào niêm mạc gây viêm phù thủng, tiết nhiều niêm dịch Bụi vô rắn, cạnh sắc nhọn, ban đầu thường gây viêm mũi, tiết nhiều niêm dịch làm hít thở khó khăn, lâu ngày teo mũi, giảm chức giữ, lọc bụi, làm bệnh phổi nhiễm bụi dễ phát sinh Bệnh gây da: bụi tác động đến tuyến nhờn làm cho khô da, phát sinh bệnh da Bệnh gây tổn thương mắt: kính phòng hộ, bụi bắn vào mắt gây kích thích màng tiếp hợp, viêm mi mắt, sinh mộng mắt, nhài mắt… bụi làm giảm thị lực, bỏng giác mạc, chí gây mù mắt Bệnh tiêu hóa: bụi đường, bột làm sâu răng, làm hỏng men Bụi kim loại làm tổn thương niêm mạc dày, gây rới loạn tiêu hóa 1.4.2 Ảnh hưởng đến thực vật Nhìn chung, bụi nguy hại đến thực vật trừ chúng có tính ăn mòn cao chúng lắng đọng nhiều Bụi bám nhiều vỏ hoa quả, củ nguyên nhân làm giảm chất lượng loại sản phẩm này, đồng thời làm tăng chi phí để làm chúng Bụi lắng ảnh hưởng đến khả quang hợp Bụi xi măng lắng đọng làm lấp đầy lỗ khí khổng,bao xung quanh hạt diệp lục thu ánh sang cần cho trình quang hợp Bụi làm tăng khả nhiễm bệnh cối thông qua việc làm giăm sức sống cây, làm cản trở khả thụ phấn CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CHI TIẾT VỀ BUỒNG LẮNG BỤI 2.1 Giới thiệu Trong chuyển động cac hạt bụi, lực hấp dẫn chúng, buồng lắng bụi hiệu Lực hấp dẫn không khí định tới trình lắng với nồng độ bụi cao chuyển động chậm Các chuyển động chậm khí thải thiết bị cho phép thời gian cho hạt lắng xuống thiết bị tác động trọng lực, hạt tách khỏi dòng khí dòng khí đưa khỏi thiết bị Buồng lắng bụi sử dụng ngành công nghiệp để loại bỏ hạt rắn lỏng từ dòng khí, buồng lắng bụi có lợi xây dựng đơn giản, chi phí ban đầu thấp, chi phí bảo trì thấp, áp suất thấp Bên cạnh đó, đơn giản để thu thập xử lý bụi từ phía Nó thiết bị sử dụng để phát triển kiểm soát phát thải khí bụi Một buồng lắng bụi đơn giản buồng mở rộng dọc theo đường ống dùng để vận chuyển dòng khí thải từ điểm đến điểm khác Các đặc trưng buồng lắng bụi vận tốc khí ngang thấp, cho phép hạt bụi có đường kính khoảng 50 μm lắng xuống Đối với hạt bụi nhỏ hiệu buồng lắng giảm đáng kể hiệu cao hạt bụi lớn điều tùy thuộc vào mật độ hạt bụi Tuy nhiên theo pháp luật yêu cầu không khí Do bắt buộc sở công nghiệp phải tuân theotiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt liên quan đến hạt bụi khí thải, buồng lắng bụi xem thiết bị xử lí thô sau đưa vào xử lí cao – thiết bị kiểm soat hiệu suất Vì vậy, trình lắng dựa trọng lực chủ yếu sử dụng số ngành công nghiệp khí thải với nồng độ bụi cao số nhà máy luyện kim trình luyện kim Các buồng lắng bụi giữ vị trí quan trọng phần hầu hết chương trình kiểm soát ô nhiễm không khí trình tính toán đơn giản Nó tạo thành sở cho mô hình toán học số thiết bị điều khiển khác 2.2 Cấu trúc buồng lắng bụi Về bản, có hai loại buồng lắng bụi phổ biến: buồng đơn giản và buồng có nhiều tầng Hai thiết kế khác biệt từ lâu thể hiển hình hình Phần tập trung vào việc thiết kế thực mô hình loại buồng lắng sử dụng để tính toán thiết kế cho hai loại Một buồng bụi bao gồm ống hút gió, ống dẫn đầu ra, phần thân, phễu thu đặt vị trí thích hợp phía Ống hút gió phải thiết kế cho phân phối thống dòng chảy đầu vào thực Sự phân bố đồng đầu vào dòng buồng lắng thực việc sử dụng cánh quạt có hướng thường xuyên, đục lỗ Tấm đục lỗ gây áp suất giảm nhỏ đầu vào để cung cấp nguồn dòng phân bố đồng Hình Hai thiết kế buồng lắng với (a) hình chữ nhật (b) cắt ngang hình tròn Hình Buồng lắng bụi nhiều tầng Phần thân buông phần thu thập thực tế diễn biến hạt bụi Phần thân buồng lắng hình chữ nhật hình tròn Đối với mục đích xây dựng dễ dàng, thân buồng với hình chữ nhật thường ưa chuộng Diện tích phải đủ lớn mặt cắt ngang để làm chậm vận tốc khí ngang Đối với mục đích cho phép đủ thời gian cho hạt ngăn ngừa tái theo hạt vào dòng khí, vận tốc khí ngang phải làm thấp 1-3 m/s, tốt 0,3 m/s Tuy nhiên, tăng chiều rộng chiều cao buồng để tăng diện tích mặt cắt ngang có số bất lợi, khó khăn việc phân phối dòng đầu vào thống diện tích mặt cắt ngang Kể từ chế thu bụi buồng lắng lực hấp dẫn, yếu tố động lực cho thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí, hiệu lắng đơn vị dài buồng lắng bụi thường thấp Do đó, độ dài buồng lắng phải đủ dài để cung cấp hiệu thu lắng bụi mong muốn Buồng lắng cần ống thoát qua khí chảy khỏi buồng Ống thoát phải thiết kế để giảm thiểu chi phí xây dựng giảm áp lực điểm hẹp Cuối cùng, phải có chế làm cho buồng lắng bụi Khi buồng hoạt động, hại bụi tích lũy sàn phải loại bỏ thủ công giai đoạn định, đặt phễu thu bụi bao gồm trình thiết kế Những phễu nên đặt cạnh nhau, phải có tường nghiêng phép thu hạt bụi rơi tường xuống Mỗi phễu phải trang bị túi để thu thập bụi, túi phải thay giai đoạn định 10 2.3 Mô hình thực Trước vào chi tiết mô hình hiệu buồng lắng, xác định thích hợp số khái niệm mô hình Các thông số quan trọng ảnh hưởng đến hạt hiệu thu thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí thời gian lắng (tR) thời điểm thu (tC) Các thời gian lắng xác định thời gian cho hạt để chuyển động từ đầu vào tới đầu buồng lắng Nói mặt lý thuyết, thời gian trung bình mà khí thải nằm buồng lắng, tính tỷ lệ khối lượng buồng so với lưu lượng thực tế dòng khí: tR = V Q (1) Một khái niệm khác qua trình lắng thời gian thu lắng (tC), định nghĩa thời gian cần thiết cho hạt lắng tác động động lực chi phối Hai thông số để xác định xem hạt bụi lắng thiết bị hay không Về mặt lý thuyết, cho hạt bụi lắng thời gian lắng phải lớn thời gian thu lắng: tR ≥ t C (2) Trong ứng dụng kiểm soát ô nhiễm không khí, điều cho hạt bụi lắng chạm vào tường thiết bị thu, sàn, bị vào dòng khí sau thu thập Tuy nhiên, trường hợp thực tế điều không thật Một hạt tái lôi sau lắng tùy thuộc vào đặc tính dòng chảy vàcác tính chất hạt Tình trạng mang lại hai thông số khác việc giải thiết kế buồng: vận tốc qua (νg) vận tốc hướng lên (νP) Vận tốc qua (νg) vận tốc mà di chuyển khí qua buồng, gọi vận tốc khí ngang, vận tốc khí thải buồng mà bụi lắng bên lại bị theo gọi vận tốc hướng lên(νP) Để tránh tượng tái bụi thu thập được, vận tốc khí ngang phải không vượt vận tốc hướng lên Vận tốc hướng lên cho số vật liệu đưa Bảng 11 Bảng Vận tốc hướng lên loại vật liệu khac Vật liệu Tỷ trọng (kg/m3) Kích thước trung bình (µ) Vận tốc hướng lên (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 liệu liên quan đến vận tốc hướng lên cho vật liệu có sẵn, chiến lược tốt để đảm bảo lắng vận tốc hướng lên khoảng m/s Trong trường hợp này, vận tốc qua(vận tốc khí ngang) phải m/s 2.3.1 Quá trình lắng bụi Chúng ta phải hiểu đặc điểm trình lắng buồng lắng hiểu ảnh hưởng thông số vận tốc để hiểu mô hình hiệu suất Trong buồng lắng bụi, hạt bụi thu nhận qua buồng đầu vào chúng di chuyển theo chiều ngang với khí hướng phía cửa buồng lắng Cùng với hiệu ứng vận tốc khí ngang, hạt có xu hướng di chuyển xuống tác động lực hấp dẫn Do đó, chuyển động hạt buồng lắng phải thể vector có chiều hướng từ ngang Các hạt di chuyển phía buồng sàn di chuyển phía cuối buồng lắng với dòng khí Nếu hạt bụi chạm sàn đến cửa sau hạt bụi khác, mặt lý thuyết,nó thu thập Nếu không, hạt bụi lắng xuống không thu 12 Hãy xem xét hai hạt bụi giống hệt vào lắng buồng độ cao khác biệt h1 h2 tương ứng, với h2 lớn h1 (Hình 3) hạt trôi theo dòng khí họ vận tốc ngang vận tốc khí ngang Đồng thời, hai hạt di chuyển xuống đến phía dưới tác dụng lực hấp dẫn với tốc độ tương đương với vận tốc thiết bị đầu cuối mà họ ước tính theo định luật Stoke Theo h1 h2 xếp đưa hình 3, hạt để chạm tới sàn buồng thu lại Tuy nhiên, hạt thứ hai không thu lại quỹ đạo không cho thấy không chạm sàn Hình Hai hạt bụi buồng lắng Bởi hạt hình giống hệt nhau, thiết bị đầu cuối, vận tốc lắng nhau, quỹ đạo cho giống Sự khác biệt hai hạt chiều cao lối vào Vì vậy, người ta kết luận chiều cao mà hạt vào buồng lắng để xác định xem hạt bụi thu lắng không Tương tự vậy, chiều cao (H) lắng buồng ảnh hưởng đến mức độ thu bụi chiều cao (H) buồng lắng cao hiệu suất giảm Bây xem xét hạt vào buồng lắng hình cho thấy ảnh hưởng vận tốc khí ngang chuyển động hạt buồng lắng, với vận tốc vector màu xanh lớn màu đỏ độ lớn Hình cho thấy hạt không ổn định vận tốc khí ngang tăng lên nhiều Vì vậy, người ta kết luận mức thu bụi hiệu buồng lắng nghịch tỷ lệ nghịch với vận tốc khí ngang (νT = νg).Vận tốc khí tăng làm giảm đáng kể hiệu thu bụi buồng 13 Hình Ảnh hưởng vận tốc đến trình lắng bụi Cuối cùng, xem xét hai hạt vật liệu với đường kính khí động học khác vào lắng buồng chiều cao từ sàn (Hình 5) Bởi đường kính khác nhau, vận tốc lắng khác Các hạt tốc độ lắng lớn hạt đường kính nhỏ Do đó, hạt bụi theo đường màu xanh thu lại Các hạt nhỏ theo đường màu đỏ không bị lắng xuống Xem xét thực tế này, kết luận hiệu trình lắng trực tiếp tỷ lệ thuận với vận tốc lắng hạt (νt), bình phương kích thước hạt Hình ảnh hưởng đường kính hạt buồng lắng bụi Chiều dài buồng lắng (L) có hiệu hiệu suất lắng bụi Hãy xem xét buồng hình so với hình dài Đối với trường hợp này, hạt lắng xuống sàn buồng dài nhiều thu lại Do đó, hiệu buồng lắng tỷ lệ thuận với chiều dài phòng Tất nhận xét đặt lại với để có mối quan hệ hiệu lắng bụi buồng lắng sau: η= k  L.v t  H.v g (3) 14 Ở đây, L chiều dài buồng lắng, νt vận tôc lắng hạt, H chiều cao buồng, νg vận tốc khí ngang, k hệ số liên tục tùy thuộc vào trường hợp thực tế khác 2.3.2 Mô hình dòng chảy khối Để biết trạng thái buồng lắng bụi kỹ sư thường dựa vào hai mô hình Họ giả thiết chất lỏng qua hoàn toàn hỗn tạp ( dòng chảy khối mô hình dòng chảy khối) họ cho tổng hỗn hợp toàn mặt cắt ngang vuông góc với dòng chảy (sau trộn mô hình trộn) Mỗi giả thiết có tính toán đơn giản Qua quan sát thấy trạng thái chủ yếu nằm hai trường hợp đơn giản, đó, với hai mô hình giới hạn thiết lập dựa tính chất Cả hai mô hình sử dụng rộng rãi kiểm soát ô nhiễm không khí Nguồn gốc hai mô hình thể phần sau: Đối với buồng lắng bụi với chiều cao H, chiều rộng W, chiều dài L, hoạt động lưu lượng Q, số giả thiết đơn giản hóa thực liệt kê liên quan đến đặc tính dòng chảy khối  Vận tốc khí ngang giữ nguyên nơi buồng lắng bụi vg  Các hạt bụi chuyển động ngang theo dòng khí có vận tốc vận tốc dòng khí  Các hạt bụi rơi tác dụng trọng lực theo phương thẳng đứng  Nếu hạt lắng xuống đáy, mà không bị  Không có tương tác hạt  Nồng độ hạt phân bố mặt cắt ngang vuông góc với dòng chảy  Không có xáo trộn xảy hai chiều ngang dọc  Với giả thiết này, vận tốc khí ngang tính cách sử dụng phương trình liên tục sau: 𝑄 vg = 𝑊.𝐻 (4) Xét hạt vào buồng khoảng cách xa đáy Thời gian cần thiết để hạt khí vào khỏi buồng: t= L vg (5) 15 Khoảng cách mà hạt lắng xuống khoảng thời gian tính sau: ht = vt.t = vt L vg (6) Nếu khoảng cách lớn chiều cao mà hạt vào buồng, hạt dự trữ Các hạt lại hạt không thu xác định chiều cao ht, hạt hạt dự trữ, hạt trên( hình 6) Kể từ hạt phân bố mặt cắt ngang, hiệu thu thập tính tỉ lệ chiều cao ht với chiều cao H buồng: ηPF = ht 𝐻 (7.a) ηPF dự đoán hiệu giả thiết dòng chảy khối Thế công thức vào công thức 7.a, ta có mô hình dòng chảy khối sau: L.vt ηPF = 𝐻.𝑣𝑔 (7.b) Hình Các giới hạn chiều cao để hạt lắng Công thức 7.b gọi mô hình dòng chảy khối dành cho thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí So sánh phương trình với công thức chứng minh lập luận thảo luận phần trước Ở đây, k công thức trở thành Mô hình dòng chảy khối cho thấy hiệu buồng lắng bụi tỉ lệ thuận với chiều dài tốc độ lắng bụi hạt bụi Ngược lại, mối quan hệ nghịch đảo hiệu thu lắng chiều cao buồng lắng vận tốc khí ngang Công thức 7.b tiếp tục sửa đổi cách đưa định luật Stoke cho tốc độ lắng bụi thiết bị hạt công thức cho vận tốc khí ngang vào phương trình sau: ηPF = (LWg𝜌pdp2)/18𝜇𝑄 (7.c) 16 Với ρp mật độ hạt, g gia tốc trọng trường, μ độ nhớt động lực khí, dp đường kính khí động học hạt Công thức 7.c cho thấy hiệu thu thập hạt buồng lắng bụi tỷ lệ thuận với bình phương đường kính khí động học hạt Tất biến khác không đổi, hình cho thấy thay đổi hiệu lắng liên quan đến kích thước hạt Rõ ràng từ hình hiệu thu lắng ước tính mô hình dòng chảy khối vượt 100% hạt có kích thước định phụ thuộc vào tính chất dòng khí hạt Trong môi trường hỗn hợp mô hình dòng chảy khối đánh giá hiệu cao, đặc biệt cho hạt lớn Như vậy, mô hình dòng chảy khối xem phi thực tế hiệu suất lắng bụi buồng lắng bụi cần phương pháp thực Hình Sự thay đổi hiệu thu thập ước tính mô hình dòng chảy khối buồng lắng bụi với kích thước hạt Ví dụ Mô hình hình dòng chảy khối Một buồng lắng bụi với chiều dài 14m với chiều cao 2,5 m hoạt động vận tốc khí ngang m/v Mật độ hạt đá vôi phải loại bỏ buồng lắng bụi 2.780 kg/m3 Giả sử dòng khí thải dòng chảy khối độ nhớt động lực khí thải 1.8x10-5 kg.m-1.s-1 Tính toán hiệu suất cho buồng lắng bụi với kích thước hạt bụi 50µm Giải pháp: Hiệu suất cho buồng lắng bụi với kích thước hạt bụi 50µm với vận tôc lắng hạt bụi vt là: 17 Hiệu suất cho buồng lắng bụi với kích thước hạt bụi 50µm là: Điều có nghĩa 84,6% hạt bụi lắng xuống đưa khỏi dòng khí phần lại 15,4% rời khỏi buồng lắng mà không bị giữ lại Ví dụ, nồng độ hạt bụi 3000 mg.m-3, sau tập trung lối buồng lắng 3000 *0,154 = 462 mg.m-3 phần lại 3000-462 = 2538mg.m-3 2.3.3 Mô hình hỗn hợp Mô hình dòng chảy khối xem phi thực tế hiệu suất lắng bụi buồng lắng bụi buồng lắng bụi Vì vậy, cần thiết để đưa mô hình mô hoạt động buồng lắng bụi tốt Các mô hình hỗn hợp giả định, trái ngược với mô hình dòng chảy khối, có phần chéo buồng vuông góc Để dòng khí hỗn hợp hoàn toàn pha trộn theo chiều ngang Giữ tất giả định khác mô hình dòng chảy khối phù hợp với mô hình hỗn hợp, hệ thống phải điều tra theo gia tăng chiều dài buồng Hãy xem xét chiều dài dx gia tăng buồng tổng pha trộn diễn nồng độ hạt bụi phân bố đồng không gian gia tăng (Hình 8) Từ đặc tính dòng chảy khối áp dụng theo chiều ngang, thời gian cần thiết cho khối khí qua chiều dài buồng tăng thêm viết dựa phương trình sau: (8) 18 Hình Gia tăng trộn buồng lắng Tương tự mô hình dòng chảy khối, chiều cao h định sàn buồng xác định, hạt lắng xuống hạt không Chiều cao tính tương tự sau: (9) Hiệu thu lắng thời gian gia tăng sau là: (10) thay đổi nồng độ chiều dài gia tăng tỷ lệ thuận với tổng nồng độ trộn xảy không gian gia tăng: (11.a) Một dấu trừ đặt phương trình kể từ nồng độ giảm hạt bụi đưa Công thức 10 công thức 11.a kết hợp xếp lại để có (11.b) xác định hai điều kiện ranh giới đầu vào đầu buồng Nồng độ hạt đầu vào (x = 0) C0 nồng độ đầu (x = L) Ce Với điều kiện biên, phương trình 11.b tích hợp để có công thức 12 sau: 19 (11.c) (12) công thức 12 sau sử dụng để lấy mô hình hỗn hợp cho hiệu hạt buồng lắng bụi sau: (13) Người ta phải lưu ý giống hỗn hợp mô hình phương trình với mô hình dòng chảy khối phương trình (công thức 7.b) Các công thức mô hình hỗn hợp biểu diễn theo mô hình dòng chảy khối sau: (14) Mô hình giá trị ước tính hỗn hợp cho hiệu thu hạt cho kích thước hạt khác vẽ thể hình Rõ ràng mô hình dự đoán tăng hiệu thu lắng với gia tăng kích thước hạt Tuy nhiên, tất giá trị dự đoán thấp so với dự toán mô hình dòng chảy khối Bên cạnh đó, giá trị dự đoán tăng tiệm cận với đường dây 100% không vượt Vì vậy, người ta kết luận mô hình hỗn hợp yếu tố dự báo tốt hiệu suất lắng bụi buồng lắng bụi 20 Hình Hiệu thay đổi hạt bụi ước tính mô hình hỗn hợp buồng lắng liên quan đến kích thước hạt Ví dụ Mô hình hỗn hợp Lặp lại ví dụ trước Tuy nhiên, giả định đặc tính dòng chảy hỗn hợp thời gian So sánh thay đổi biểu diễn thu thập ước tính giả định dòng chảy cắm mô hình hỗn hợp Giải pháp Tốc độ giải thiết bị đầu cuối cho hạt 50 μ tính toán 0,151 m.s ví dụ trước Hiệu sưu tập theo mô hình hỗn hợp sau Đối với hạt 50μm, hiệu thu ước lượng mô hình hỗn hợp thấp so với tính toán mô hình dòng chảy khối Sự khác biệt giá trị ước tính hai mô hình nằm giả định định mức Đối với mô hình dòng chảy khối, giả định pha trộn dọc diễn buồng lắng thành phần thẳng đứng hạt chuyển động hiệu ứng hấp dẫn Tuy nhiên, thực tế, pha trộn thẳng đứng xuất thiết bị thu lắng hạt 21 bụi dòng khí buộc phải di chuyển lên xuống tác động pha trộn, làm giảm hiệu sưu tập 2.4 Thiết kế buồng lắng bụi - Chiều dài tối thiểu cần thiết buồng lắng bụi để giữ lại hạt bụi có đường kính d Lmin = 18.µ.L  m d B Trong đó: µ- Độ nhớt động học không khí, kg.s/m2 L- Lưu lượng không khí qua buồng lắng, m3/s ρm- Trọng lượng đơn vị bụi, kg/m3 d- Đường kính hạt bụi, m B- Chiều rộng buồng lắng, m - Ngược lại, kích thước buồng xác định, ta xác định đường kính hạt bụi bé mà buồng lắng có khả giữ lại: dmin= 18.µ.L ,m m d B Công thức tính trường hợp không khí chuyển động buồng lắng chảy tầng Thực tế tốc độ không khí chuyển động buồng thường chọn 0,6 m/s Khí dòng không khí chảy tầng Khi chuyển sang chế độ chảy rối công thức không 22 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN Việc xử lí bụi khí thải trình sản xuất bước quan trọng việc bảo vệ không khí Nồng độ bụi khí thải sau xử lý đảm bảo tiêu chuẩn cho phép trước thải vào môi trường Phương pháp xử lý bụi cách sử dụng buồng lắng bụi phương pháp đơn giản, buồng lắng dễ chế tạo, việc bảo trì sửa chữa đơn giản Chi phí cho việc chế tạo lắp đặt vận hành không cao Tuy nhiên, hiệu lọc không cao, làm giảm lượng bụi ô nhiễm có kích thước lớn Cần đưa giải pháp để cải thiện hiệu xử lý buồng lắng bụi 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GRAVITY SETTLERS PERFORMANCE MODELS - Assoc Prof Arslan SARAL,Asst Prof Selami DEMİR [2] TS ĐINH XUÂN THẮNG, Ô nhiễm không khí, NXB ĐHQG TPHCM, 2003 [3] Sổ tay trình thiết bị, tập 1, NXB khoa học kĩ thuật Hà Nội [4] Sổ tay trình thiết bị, tập 2, NXB khoa học kĩ thuật Hà Nội [5] Trần Ngọc Chấn: Ô nhiễm không khí xử lí khí thải – Tập 2: Cơ học cề bụi phương pháp xử lí bụi – NXB KH-KT [6] Air poluton control technology fact sheet- enviromental protection agency united states [7] http:// moitruong.com.vn; 24