Luận văn Tìm hiểu về thiết bị Cyclone lắng bụi

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BỤI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
XỬ LÝ BỤI..............................................................................................6
CHƯƠNG 2. THIẾT BỊ LỌC BỤI CYCLONE................................12
2.2.1. Cyclone đơn..............................................................................................................................................17
2.2.2. Cyclone tổ hợp..........................................................................................................................................20
2.2.3. Cyclon chùm.............................................................................................................................................22
2.2.4 Cyclone màng nước...................................................................................................................................26

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LỌC BỤI CYCLONE......27
3.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LỌC BỤI CYCLONE TRÊN THẾ GIỚI
27
3.1.1 Mô hình lý thuyết.....................................................................................................................................27
3.1.2. Mô hình thiết kế cyclone đơn...................................................................................................................33
3.1.3. Tính toán đối với cyclone đơn :................................................................................................................47
3.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LỌC BỤI CYCLONE TẠI VIỆT NAM
51
3.2.1. Tính toán với cyclone đơn........................................................................................................................51
3.2.2 Tính toán với cyclone tổ hợp.....................................................................................................................55
3.2.3. Tính toán với cyclon nhóm.......................................................................................................................56

CHƯƠNG 4. VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CYCLONE.............59
4.1.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DỰA TRÊN HIỆU SUẤT [4]
4.2.TÍNH TOÁN DỰA TRÊN ĐƯỜNG KÍNH
5.1 ỨNG DỤNG CỦA CYCLONE
5.2. CÁC LOẠI XICLON HIỆN DÙNG
5.3. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CYCLONE

59
61
68
70

72

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN....................................................................73
CYCLONE KHÔNG ĐÁP ỨNG CÁC QUY ĐỊNH VỀ XỬ LÝ Ô
NHIỄM KHÔNG KHÍ NGHIÊM NGẶT, NHƯNG THIẾT BỊ VẪN
ĐƯỢC ỨNG DỤNG RỘNG RÃI VÌ CHI PHÍ ĐẦU TƯ VÀ HIỆU
QUẢ LỌC BỤI CAO ĐỐI VỚI HẠT CÓ KÍCH THƯỚC LỚN
HƠN 5 . NÓ LÀ MỘT THIẾT BỊ LÝ TƯỞNG DÙNG ĐỂ LỌC
KHÔNG KHÍ TRƯỚC KHI QUA CÁC THIẾT BỊ ĐẮT TIỀN
NHƯ BAGHOUSES, THIẾT BỊ LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN Ở GIAI
ĐOẠN CUỐI. NGOÀI VIỆC SỬ DỤNG ĐỂ KIỂM SOÁT Ô
NHIỄM, CYCLON CÒN ĐƯỢC SỬ DỤNG RỘNG RÃI TRONG
XỬ LÝ KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP. VÍ DỤ, CHÚNG ĐƯỢC SỬ
DỤNG ĐỂ KHÔI PHỤC VÀ TÁI CHẾ CHẤT XÚC TÁC NÀO ĐÓ
TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU, ĐỂ THU HỒI CÀ PHÊ KHÔ
TRONG CÁC NHÀ MÁY CHẾ BIẾN THỰC PHẨM, VÀ ĐỂ THU
Trang 1


BỤI GỖ TRONG NHÀ MÁY GỖ [4].................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................74
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
1. GIỚI THIỆU
Không khí là một trong các điều kiện rất quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển
của sinh vật trên trái đất trong đó có con người. Tuy nhiên, hiện nay vấn đề ô nhiễm
không khí đang ở mức báo động, đặc biệt ô nhiễm do bụi. Nguồn phát sinh bụi chủ
yếu là do các hoạt động sản xuất công nghiệp,..Vì thế nhu cầu cấp thiết hiện nay là
tìm ra giải pháp xử lý bụi phát sinh ra, và một trong các giải pháp đó là sử dụng
cyclone. Đó cũng chính là lý do mà nhóm thực hiện chuyên đề “ Tìm hiểu về thiết
bị cyclone lắng bụi ”

2. MỤC TIÊU
Từ việc hiểu biết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cyclone, từ đó chúng ta có thể
áp dụng một cách phù hợp nhất cyclone, trong các trường hợp cụ thể tránh lạm
dụng cyclone, cho các mục đích không phù hợp. Đồng thời, từ kết quả thu bụi của
cyclone,, chúng ta có thể thường xuyên theo dõi được tình trạng làm việc của quy
trình sản xuất cũng như khu vực làm việc để chúng ta có các biện pháp xử lý phù
hợp hơn.

3. NỘI DUNG THỰC HIỆN

− Tìm hiểu thông tin liên quan đến vấn đề. Thu thập thông tin từ các tạp chí, sách,
trang web có liên quan tới nội dung.
− Tổng hợp rút ra những nội dung nhằm hoàn thiện mục tiêu.
− Viết báo cáo trình bày dưới dạng văn bản.

4. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

Trang 2


− Phương pháp điều tra, thu thập, tổng hợp số liệu.
− Phương pháp đánh giá tổng hợp.
− Phương pháp tham khảo tài liệu.
− Phương pháp dịch thuật, trích dẫn tài liệu.

DANH MỤC HÌNH ẢNH
−

Hình 1.................................................................................................................10

−

Hình 2.................................................................................................................12

−

Hình 3.................................................................................................................14

−

Hình 4.................................................................................................................15

−

Hình 5.................................................................................................................16

−

Hình 6.................................................................................................................17

−

Hình 7.................................................................................................................17

−

Hình 8.................................................................................................................18

−

Hình 9.................................................................................................................18

−

Hình 10...............................................................................................................19

−

Hình 11...............................................................................................................21

−

Hình 12...............................................................................................................22

−

Hình 13...............................................................................................................23

−

Hình 14...............................................................................................................24

−

Hình 15...............................................................................................................25

−

Hình 16...............................................................................................................26

Trang 3


−

Hình 17...............................................................................................................27

−

Hình 18...............................................................................................................28

−

Hình 19...............................................................................................................30

−

Hình 20...............................................................................................................31

−

Hình 21...............................................................................................................34

−

Hình 22...............................................................................................................35

−

Hình 23...............................................................................................................36

−

Hình 24...............................................................................................................38

−

Hình 25...............................................................................................................41

−

Hình 26...............................................................................................................44

−

Hình 27...............................................................................................................45

−

Hình 28...............................................................................................................47

−

Hình 29...............................................................................................................52

−

Hình 30...............................................................................................................58

−

Hình 31...............................................................................................................59

−

Hình 32...............................................................................................................67

−

Hình 33...............................................................................................................73

Trang 4


DANH MỤC BẢNG

−

Bảng 1..................................................................................................................9

−

Bảng 2................................................................................................................10

−

Bảng 3................................................................................................................20

−

Bảng 4................................................................................................................22

−

Bảng 5................................................................................................................30

−

Bảng 6................................................................................................................41

−

Bảng 7................................................................................................................60

−

Bảng 8................................................................................................................63

−

Bảng 9................................................................................................................66

−

Bảng 10..............................................................................................................67

−

Bảng 11..............................................................................................................74

Trang 5


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BỤI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI

1.1.

TỔNG QUAN VỀ BỤI

1.1.1. Khái niệm chung về bụi

Bụi là các phân tử chất rắn thể rời rạc được tạo thành trong các quá trình nghiền,
ngưng kết và các phản ứng khác nhau. Dưới tác dụng của các dòng khí hoặc không
khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong những điều kiện nhất định,
chúng tạo thành thứ vật chất mà người ta gọi là bụi. [8]
Bụi đã thu giữ được hoặc bụi đã lắng đọng thường đồng nghĩa với khái niệm “Bột”,
tức là loại vật chất vụn rời rạc. [8]
Kích thước của hạt bụi δ được hiểu là đường kính, độ dài cạnh của hạt hoặc lỗ rây
kích thước lớn nhất của hình chiếu hạt. [8]
Đường kính tương đương δtd của hạt bụi có hình dạng bất kỳ là đường kính hình cầu
có kích thước bằng thể tích hạt bụi. [8]
Vận tốc lắng vc của hạt bụi là vận tốc rơi của hạt bụi trong môi trường tĩnh dưới tác
dụng của trọng lực. Vận tốc lắng phụ thuộc vào kích thước của hạt, hình dáng và
khối lượng đơn vị của nó cũng như khối lượng đơn vị và độ nhớt môi trường. [8]
Đường kính lắng δc của hạt bụi là đường kính hạt bụi hình cầu mà vận tốc lắng và
khối lượng đơn vị của nó bằng vận tốc lắng và khối lượng đơn vị của hạt bụi của hạt
bụi có hình dáng khác đang xem xét. [8]

Trang 6

Đường kính lắng của hạt (micromet – μm) được xác định theo công thức sau:

δc = (μm)
Trong đó:
−

μ: Độ nhớt động học của môi trường (khí, nước), Pa.s

−

ρb, ρ: Khối lượng đơn vị của vật liệu bụi và môi trường, g/cm3

−

H: Chiều cao rơi (lắng) của hạt, cm

−

τ : Thời gian rơi, s
1.1.2. Tác hại của bụi

Bụi sinh ra trong không khí sẽ gây rất nhiều tác hại cho con người, động vật và thực
vật, ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường. Nhờ có hệ thống liên bào trụ ở lông mũi,
khí phế quản và màng niêm dịch của đường hô hấp, mà ta có thể cản được 90% bụi,
số còn lại đọng trong phổi và đường hô hấp có thể gây ra một số bệnh cho con
người và động vật, cụ thể như sau: [8]
a) Tác hại đối với con người và động vật
Bụi gây tác hại trực tiếp đến con người và động vật, trước hết qua đường hô hấp;
chúng có thể gây bệnh cho phổi, phế quản. Mặt khác, chúng có thể gây nguy hiểm

cho mắt, có thể gây ung thư. Có thể ảnh hưởng gián tiếp qua con đường ăn uống,
sinh hoạt bị nhiễm bụi. Tùy theo tính chất và kích thước của bụi khác nhau mà có
thể gây ra những tổn thương tới cơ thể:
−

Tác động toàn thân : gây nhiễm độc toàn thân, làm giảm khả năng miễn dịch…
Trang 7


−

Gây tổn thương da, niêm mạc như loét da, xạm da, loét vách ngăn mũi, viêm da,
chàm tiếp xúc…

−

Gây dị ứng : viêm mũi dị ứng, viêm phế quảng dạng hen…

−

Gây nhiễm khuẩn ( do bụi vi sinh vật, nấm mốc…)

−

Tác hại đến cơ quan hô hấp; gây viêm phế quản mãn tính, gây bệnh bụi phổi như
bụi phổi silic, bụi amiăng, bụi phổi bông…
b) Tác hại đối với thực vật
Hầu hết các chất ô nhiễm không khí đều tác động xấu đến thực vật, gây ảnh hưởng
không tốt đối với nhà nông và cây trồng. Khi bị tiếp xúc trực tiếp với nồng độ bụi,
cây trồng chậm phát triển, cháy lá khô cây, cho hiệu quả năng suất thấp. Ngoài ra,

bụi còn giảm khả năng quang hợp của cây do các bề mặt của lá bị che lấp. Tuy
nhiên, cũng có một số loại bụi có tác dụng tốt đối với thực vật : photpho, nito…
c) Tác hại đối với vật liệu
Một số loại bụi khi tiếp xúc với các thiết bị, đồ vật bằng kim loại trong không khí,
sẽ gây ăn mòn các đồ vật, đặc biệt trong môi trường nóng ẩm
d) Tác hại đến cảnh quan môi trường
Cảnh quan môi trường cũng là vấn đề cần quan tâm đối với công tác giữ gìn và bảo
vệ môi trường. Môi trường bị ô nhiễm sẽ làm giảm vẻ đẹp tự nhiên, nhất là ngày
nay, khi cuộc sống của con người đòi hỏi cần có nhiều hơn các khu du lịch, khu vui
chơi giải trí và danh lam thắng cảnh.

Trang 8


1.2.

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI

Bụi trong không khí được đánh giá bằng nồng độ- trọng lượng bụi trong 1 đơn vị
thể tích của không khí, mg/l hoặc mg/m3. Các thông số vật lý có ý nghĩa quan trọng
nhất của bụi là hình dạng và kích thước hạt, trọng lượng và độ tích điện, các thông
số này sẽ quyết định sự lựa chọn phương pháp xử lý bụi cũng như thiết bị lọc bụi.
[10]

Bảng 1.1 Các phương pháp xử lý bụi

Lọc

Dập bằng nước

- Thùng lọc gốm

- Dàn mưa

- Lọc có vật đệm

- Sục khí

- Lọc túi ( màng)

- Đĩa quay

Dập bằng
tĩnh tiện
Lọc
điện

- Lọc tầng kiểu
Venturi

Khử bụi dựa vào lực ly
tâm

Khử bụi
dựa vào
trọng
lượng

tĩnh - Thiết bị sử dụng lực Buồng lắng
quán tính

bụi
- Thiết bị xử dụng lực ly
tâm ( cyclon)
- Thiết bị quay

Trên cơ sở phân loại các phương pháp xử lý, ta có thể chia các thiết bị xử lý bụi
thành 6 loại chính như sau :
Trang 9


1. Lọc cơ khí

4. Thiết bị lọc tĩnh điện

2. Thiết bị màng lọc

5. Thiết bị lọc ướt

3. Thiết bị hấp phụ

6. Thiết bị buồng đốt

Hai loại đầu dùng để xử lý bụi. Thiết bị lọc tĩnh điện và lọc ướt có thể dùng để xử lý
bụi hoặc hơi khí độc. Hai thiết bị sau cùng được dùng để xử lý khí.

Bảng 1.2 Vùng lọc và hiệu quả xử lý của các phương pháp

Kích thước hạt phù hợp

Hiệu quả xử lý

µm

(%)

Buồng lắng bụi

2000 – 100

40 - 70

2

Cyclon hình nón

100 – 5

45 - 85

3

Cyclon tổ hợp

100 – 5

65 -95

4

Lọc có vật đệm

100 – 10

đến 99

5

Tháp lọc ướt

100 – 0,1

85 - 99

6

Lọc túi ( màng lọc )

10 – 2

85 – 99,5

7

Lọc tĩnh điện

10 – 0,005

85 - 99

STT

Thiết bị xử lý

1

Trang 10


Hình 1 Hiệu suất tách bụi một số kiểu thiết bị

Bảng 1.2 và hình 1 cho thấy rằng các thiết bị xử lý bụi bằng lực quán tính và các
cyclon rất tiện để tách các hạt bụi có kích thước tương đối lớn. Loại Cyclon tổ hợp
có hiệu suất lớn nhất. Dùng các thiết bị lọc tĩnh điện, thiết bị lọc hình ống tay áo và
các thiết bị lọc bụi loại ướt có thể đạt được độ tinh lọc khác cao.

Thiết bị lọc bụi loại ướt chỉ dùng khi chất khí cần xử lý chịu được nhiệt độ thấp và
ẩm. Trong trường hợp này các thiết bị lọc bụi loại ướt có nhiều ưu điểm hơn so với
thiết bị lọc điện ở chỗ thiết bị đơn giản và rẻ tiền. Ngoài ra, người ta còn dùng các
thiết bị lọc ướt để lọc sạch khí khỏi bụi, khói và hơi mù ( tới 90% ). Ứng dụng thiết
bị lọc bụi loại ướt trong nhà máy có nhiều khó khăn vì ở đây quá trình tinh lọc có
liên quan tới viễ thu gom và thải ra một lượng lớn nước có tính axit. Thiết bị lọc
điện là một loại thiết bị lọc sạch bụi có hiệu suất cao ; trong đó muốn lọc các loại
khí thô ta dùng loại thiết bị lọc điện thanh bản, còn để lọc sạch các loại bụi và hơi
mù khó hấp thụ, cũng như để lọc sạch được tốt hơn, ta dùng loại thiết bị lọc điện
kiểu ống và khi cần lọc sạch một thể tích khí lớn thì dùng thiết bị lọc điện tổ hợp,
rẻ.

Tóm lại, muốn chọn được thiết bị để tách bụi và lọc sạch khí có hiệu quả, phải xuất
phát từ các yêu cầu chính sau :
−

Thành phần hạt bụi và kích thước hạt

−

Trạng thái và thành phần khí

−

Độ tinh lọc cần thiết

Trang 11


CHƯƠNG 2. THIẾT BỊ LỌC BỤI CYCLONE

2.1.

THIẾT BỊ LỌC BỤI CYCLONE
Cyclone là thiết bị lọc ly tâm kiểu đứng, thiết bị này hình thành lực ly tâm để tách
bụi ra khỏi không khí. Thiết bị cyclon được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp có
hiệu quả cao khi kích thước hạt bụi > 5µm. Cyclone được sử dụng trong ngành công
nghiệp để loại bỏ các hạt rắn từ một chất khí hoặc một chất lỏng mà không sử dụng
bộ lọc. Báo cáo này sẽ tập trung vào việc tách khí – rắn, mặc dù các nguyên tắc hoạt
động cơ bản là giống nhau. Cyclone đầu tiên được sử dụng để loại bỏ bụi từ khí vào
năm 1880 và vẫn được sử dụng cho đến ngày nay do có nhiều ưu điểm. [6]
Thiết bị cyclone đơn giản, không tốn kém chi phí để xây dựng, kinh tế để hoạt động
và có thể được sử dụng trong một loạt các điều kiện hoạt động như nhiệt độ cao, áp
suất cao và nồng độ bụi cao. [6]

Trang 12


Hình 2. Mô hình cyclone
 Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Trong những năm qua, nhiều kiểu dáng cyclone đã được đề xuất và sản xuất. Để
làm sạch khí công nghiệp tuy nhiên, cyclone "ngược dòng" là phổ biến nhất. Nó
được tạo thành bởi một phần thân trên hình trụ và phần phễu hình nón bên dưới như
cho thấy trong hình 2 . Có rất nhiều hình dạng đầu vào khác nhau. Báo cáo này sẽ
tập trung vào các loại đầu vào (a) dạng hình 3. Đối với thiết kế này, một hỗn hợp
khí - rắn được đưa vào tiếp tuyến với cyclone thông qua các đầu vào.
Thông thường khí được hút vào cyclone bởi quạt được đặt thêm ở phần dưới thiết bị
trong suốt quá trình. Sau khi nhập, dòng khí chuyển động xoắn ốc theo dạng hình
tròn. Điều này được gọi là “dòng xoắn ngoài”. Đây là nơi xảy ra sự tách biệt. Do
vận tốc khí ngày càng tăng, gây ra bởi lực ly tâm, các hạt bụi trong khí có kích
thước lớn được đẩy xuyên tâm hướng tới thành cyclone. Điều này xảy ra với tất cả
các hạt có kích thước lớn do vượt quá lực ly tâm bởi chuyển động xoắn ốc. Khi một
hạt va chạm với thành thì nó sẽ bị chậm lại do lực ma sát.
Các hạt đó sẽ được tách ra khỏi dòng khí chính và đẩy xuống phần hình nón bởi các
thành phần đi xuống của vận tốc khí. Tác dụng tỷ trọng là rất ít. Lực ly tâm (trong
số những lực khác) tác động lên khối lượng hạt, do đó hạt nặng hơn được thu thập
dễ dàng hơn. Các hạt rắn tách rời khỏi cyclone tại đầu ra bụi. Khi khí đi đến phần
dưới cùng hình nón, dòng khí đổi hướng quay ngược trở lại và chuyển động lên trên
và hình thành “ dòng xoắn trong”. Dòng khí quay quanh ống trụ tâm của xyclon và
thoát ra ngoài tại cửa ra.
[2] Hình 3, cho thấy một số kiểu cấu trúc đầu vào của cyclon. Hầu hết các thiết kế
phổ biến có cấu trúc đầu vào theo phương tiếp tuyến (Hình 3a). Trong thiết kế này,
dòng khí đi vào bị tác động bởi thiết kế hình trụ tròn của thân cyclon nên sẽ bắt đầu
chuyển động xoáy. Một số thực nghiệm đã được thực hiện để giảm sự tổn thất áp
qua cyclone và nâng cao hiệu quả thu gom bụi bao gồm thiết kế cấu trúc đầu vào

dạng xoắn (Hình 3b).

Sự tổn thất áp lực do bất ổn ở đầu vào cũng có thể được giảm bằng cách sử dụng
Trang 13


một thiết kế đầu vào ôm tròn (hình 3c), thiết kế này còn cung cấp cải thiện hiệu quả
đối với một số quá trình cho sự phát triển của dòng xoáy bên ngoài.

Hình 3. Các loại cửa đầu vào của cyclone

A. đầu vào tiếp tuyến, B. đầu vào dạng xoắn, C. đầu vào dạng ôm tròn
(APTI 413, 1999)

Bên cạnh những thiết kế ở hình. 3, còn có một số cách thiết kê đầu vào khác như
thiết kế đầu vào ở dọc trục, lúc này khí thải sẽ đi vào từ bề mặt trên của thân cyclon
(Hình 4a). Một thiết kế cuối cùng của cấu trúc đầu vào là đầu vào được đặt dưới
cùng (ngay phía trên phần hình nón). Trong những thiết kế khí thải đi vào cyclon
thông qua một đầu vào tiếp tuyến, dạng xoắn, hoặc ôm tròn thì cấu trúc đầu vào
được đặt ở phía dưới của phần thân trụ của cyclon thì khí sạch sâu khi xử lý sẽ đi ra
khổi hệ thống thông qua một ống ra đặt tiếp tuyến ở trên cùng của thân trụ (Hình
4b).

Trang 14


Hình 4 : Cấu trúc các loại đầu vào khác trong cyclon

A. Đầu vào dọc trục, B. Đầu vào phía dưới. Trích từ AWMA (2000)

Thân hình trụ là phần chính của cyclone, nơi diễn ra sự thu gom bụi và tách không
khí sạch. Khi dòng khí đi vào và chuyển động quay theo thành tròn của thân cyclon,
hạt nặng hơn trong dòng khí sẽ bị lệch hướng và va vào thành do lực ly tâm tác
động lên chúng. Sau khi chạm vào thành cyclon, các hạt đó sẽ mất động năng và rơi
xuống phần hình nón ở dưới, ở đó các hạt bụi sẽ được thu hồi. Nghiên cứu cho thâý
chiều cao của thân cyclon nên gấp 1-2 lần đường kính cơ thể và không nên thấp hơn
để đảm bảo hiệu quả tốt nhất (Shepherd và Lapple, 1939; Đầu tiên, năm 1950;
Trang 15


Stairmand năm 1949; Casal và Martinez-Benet, 1983).

Các dòng khí chuyển động xoay quanh thân cycloê cho đến khi nó đạt đến điểm
giảm của chính nó (trong phần hình nón) và sau đó nó thay đổi hướng đi lên phía
trên để thoát ra ngoài qua ống thoát khí sạch. Phía dưới của phần hình nón phải có
một cái phễu - nơi thu gom các hạt bụi. Phễu phải đủ lớn để tránh hiện tượng tích tụ
các hạt, làm rối loạn lưu lượng khí và giảm hiệu quả của cycloee. Elsayed và Lacor
(2011a) đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của kích thước phễu thu bụi của cyclon dựa
hiệu suất của nó, ông đã khẳng định rằng hiệu quả thu gom bụi của cyclone và việc
giảm áp lực trên cyclon tăng khi đường kính phễu giảm.

Phần cuối cùng của cyclone là
ống thoát khí sạch, thông qua
ống, không khí sạch sẽ thoát
khỏi cyclone đi ra ngoài môi
trường. Ống thoát là một trong
những bộ phận quan trọng nhất
của cyclone, nó chi phối hiệu
suất của cyclone, hiệu quả thu
gom và giảm áp lực. Chen và Shi

(2007) nói rằng hai điều kiện
giảm áp lực chủ yếu tồn tại trong
cyclone như tổn thất trong khu
vực và tổn thất do ma sát, trong
khi Elsayed và Lacor (2010) báo
cáo rằng sự sụt giảm áp suất cao
nhất trong cyclone xảy ra tại
đường ống thoát khí, việc xác
định hiệu suất lốc xoáy.

Hình 5. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo cyclone

2.2.

PHÂN LOẠI CYLONE
Trang 16


2.2.1. Cyclone đơn
Cyclone đơn là thiết bị hoàn chỉnh hoạt động độc lập và có nhiều dạng khác nhau
như dạng hình trụ, dạng hình côn. Việc sử dụng loại nào tùy thuộc và đặc tính của
bụi và yêu cầu xử lý. Dạng hình trụ có năng suất lớn, còn dạng hình côn có hiệu
suất lớn. [10]

Hình 6 Mặt cắt đứng và mặt cắt ngang của một cyclone đơn

Hình 7 Các
kiểu hướng
dòng trong
cyclone

a) Kiểu
dòng
Trang 17


tiếp tuyến

b) Kiểu dòng đồng trục

Hình 8. Cấu tạo của một Cyclone đơn

Trang 18


Hình 9. Các dạng van xả bụi của Cyclone đơn
 Kích thước cơ bản của một cyclone đơn [4]

Những cuộc khảo sát và phân tích cyclone xảy ra từ rất sớm bắt đầu từ năm 1930.
Thậm chí khó khăn để hiểu rõ những nguyên lý cơ bản, những đặc tính hỗn loạn
xuất hiện dòng xoáy trong việc khái quát hóa. Do sự phức tạp của vấn đề này, mô
hình đạt yêu cầu nói chung vẫn chưa được phát triển. Tuy nhiên, nếu các mô hình
phân tích được điều chỉnh thích hợp với một yêu cầu nhất định, dự đoán đáng tin
cậy có thể đạt được.

Hình 10.
Kích
thước cơ
bản của
cyclone
đơn

Bảng 2. Mối liên
hệ giữa kích
thước và hiệu
suất cyclone

Các loại cyclone

Đường kính D/D

Hiệu suất cao

Truyền thống

Năng suất cao

(1)

(3)

(5)

(2)

(4)

(6)

1

1

1

Trang 19


1

1

1

0.5

0.5

0.75

0.44

0.5

0.8

0.2

0.25

0.375

0.21

0.25

0.35

Đường kính ống dẫn
khí ra /D

0.5

0.5

0.75

0.4

0.5

0.75

Chiều cao ống dẫn khí
ra S/D

0.5

0.625

0.875

0.5

0.6

0.85

1.5

2

1.5

1.4

1.75

1.7

2.5

2

2.5

2.5

2

2

0.375

0.25

0.375

0.4

0.4

0.4

Chiều cao ống vào
H/D
Chiều rộng ống vào
W/D

Chiều cao thân

Chiều cao phần phễu
Đường kính ống thu
bụi

(Nguồn: cột (1) và (5) theo Stairmand,1951, cột (2),(4),(6) theo Swift,1969, cột (3)
theo Lapple,1951.)

2.2.2. Cyclone tổ hợp
Các dạng tổ hợp khác nhau của cyclone. [6]
• Lắp nối tiếp hai cyclone cùng loại : Khi hai cyclone cùng loại được lắp nối tiếp

nhau thì hiệu quả lọc của hệ thống sẽ cao hơn từng cyclone riêng lẻ. Sự tăng
Trang 20


hiệu quả lọc của hệ thống hai cyclone mắc nối tiếp đáng xem xét là hiệu quả
lọc theo cỡ hạt chứ không phải là hiệu quả lọc tổng cộng

• Lắp song song hay nhiều cyclone cùng loại : Hiệu quả lọc của cyclone tăng khi
lưu lượng tăng hoặc nếu lưu lượng không đổi thì hiệu quả lọc lọc tăng khi
đường kính cyclone giảm. Cả hai trường hợp tổn thất áp suất đều tăng.

Theo tài liệu của Jackson thì đối với bụi và cyclone nhất định thì sẽ có sự biến
thiên giữa hiệu quả lọc và tổn thất áp suất. Khi cần xử lý bụi cho một lượng
khí thải lớn thì tốt nhất nên dùng nhiều cyclone cùng loại có đường kính thích
hợp lắp song song để mỗi cyclone đều làm việc với lưu lượng tối ưu của
nó.Hiệu quả lọc chung của hệ thống tương đối cao mà tổn thất áp suất không
tăng.

Hình 11. Các dạng mắc cyclone tổ hợp
Bảng 3. Năng suất lọc bụi của cyclon đơn và cyclon tổ hợp

Trang 21


Loại
cyclon

Năng suất làm việc theo đường kính của cyclon (mm)
400

500

600

700

800

Đơn

1450-1690

2270-2640

3260-3810

4400-5180

5800-6760

Kép

--

4540-5290

6520-7620

8800-10400

11600-13500

Ba

--

--

--

13200-15500

17400-20300

Bốn

5800-6760

9080-10600

13000-15200

17600-20700

23200-27000

Hình 12. Xử lý bụi xi măng bằng cyclone tổ hợp mắc nối tiếp nhau

2.2.3. Cyclon chùm
Cyclon chùm là một thiết bị thu bụi gồm một số lượng lớn các đơn nguyên xyclon

Trang 22


mắc song song trong một vỏ, có chung đường dẫn khí vào và đường dẫn khí ra,cũng
như có chung thùng góp bụi ( hình 13). Khác với cyclon đơn, việc tạo dòng khí có
chuyển động quay cần thiết để tách bụi trong các đơn nguyên xyclon của buồng
cyclon chùm đạt được không phải do đưa khí vào phương tiếp tuyến mà do trong
mỗi đơn nguyên cyclon có đặt một dụng cụ định hướng dạng chong chóng hoặc
dạng hoa hồng. Vì vậy kích thước của buồng cyclon chùm nhỏ hơn kích thước của
các cyclon thông thường có cùng năng suất như nhau. Ví dụ, một cyclon đơn hiệu
suất cao Π H-15 có năng suất khí 4600 m3/h và đường kính 900 mm thì chiều cao là
7600 mm ( cyclon, thùng chứa, ống xả). Với cùng những điều kiện trên, chiều cao
của buồng cyclon chùm chỉ 2400 mm. [10]

Hình 13. Cấu tạo của cyclone chùm
1. Buồng thu khí sạch

6. Ống xả

2. Ống nối

7. Lỗ tháo bụi

3. Hộp phân phối

8. Thùng chứa

4. Đơn nguyên cyclone

9. Máng chảy

5. Dụng cụ định hướng

10. Tấm lắp ống dưới và trên

Trang 23


−

Nguyên lý làm việc

Khi cần thu bụi đi qua ống
nối 2 đi vào hộp phân phối
3, từ đó đi vào các không
gian vành khuyên giữa vỏ
và các đơn nguyên 4 và các
ống xả 6. Trong các khoảng
không gian ngày có đặt các
dụng cụ định hướng 5 uốn
dòng khí sao cho lực ly tâm
tạo thành đòn bẩy bắn các
hạt bụi về phía thành của
các đơn nguyên, bụi chất
động sẽ qua lỗ tháo bụi 7 đi
vào thùng chứa 8. Khí đã
được thu bụi đi qua các ống
xả vào buồng 1. Để liên kết
vỏ các đơn nguyên và ống
xả người ta dùng các tấm

lắp ống dưới và trên 10. Bụi
đi vào thùng chứa sẽ được
lấy ra theo máng chảy 9
trên đó đặt dụng cụ tháo dỡ đưa bụi đến hệ thống vận chuyển bụi.

Hình 14. Các dạng đơn nguyên cyclone chùm
a) Với dụng cụ định hướng
dạng chong chóng

b) Với dụng cụ định hướng dạng hoa
hồng

Những dạng đơn nguyên xyclon thông dụng nhất được trình bày trên hình 13
gồm vỏ, ống xả và dụng cụ định hướng. Khí từ hộp phân phối đi vào đơn nguyên
theo trục. Các cánh của dụng cụ định hướng sẽ tạo cho dòng khí chuyển động
quay và khí đi hướng xuống lỗ để tháo bụi. Các hạt bụi chịu tác động của lực ly
tâm sẽ chuyển động về biên của dòng quay. Kết quả là nồng độ bụi ở các lớp khí
bên ngoài gần thành đơn nguyên sẽ tăng lên còn nồng độ bụi ở gần trục đơn
nguyên thì giảm đi. Các hạt bụi văng vào mặt trong của vỏ sẽ chuyển động cùng
với dòng quay và đi vào thùn chứa bụi. Nhờ tác động của lực quán tính xuất hiện
khi khí đổi hướng chuyển động 180 0, các hạt bụi tách ra khỏi dòng khí và đi vào
thùng chứa.
Trang 24


Khi so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật các buồng cyclone chùm với các
cyclon thông thường ta thấy một số điểm như sau : mức độ thu bụi trong các
cyclon echùm thấp hơn một chút so với mức độ thu bụi có thể đạt được trong các
cyclone thông thường khi chúng có cùng đường kính. Nhưng để đạt cùng một
hiệu suất thì cyclone thông thường có đường kính gấp 2 lần so với cyclon chùm.

Để đảm bảo sự phân phối đều khí theo tất cả các đơn nguyên người ta thường
làm hộp phân phối khí dạng nêm (vát). Vỏ thường có dạng hình chữ nhật ít khi
trụ. Dụng cụ định hướng dạng chong chóng ( hình 14a) ít bị dính bám bụi, nó có
hệ số trở thủy lực nhỏ nhưng có mức độ thu bụi nhỏ hơn so với dụng cụ định
hướng dạng hoa hồng. Tất cả các dụng cụ định hướng trong một ngăn của
cyclone chùm phải có cùng một hướng quay của khí.

Một hãng sản xuất của Thụy Điển cho rằng nên làm bề mặt trong của các đơn
nguyên cyclone bằng vật đúc không gia công, bởi vì nếu bề mặt được gia công
nhẵn sạch sẽ làm chậm chuyển động của lớp biên gần thành, trong khí đó bề mặt
không nhẵm sẽ gây nên sự xoáy lớp biên. Do tăng được vận tốc khí sẽ làm giảm
khả năng bám bẩn các đơn nguyên.

Trang 25