Tính toán thiết kế hệ thống cyclone lọc bụi

MỤC LỤC


LỜI MỞ ĐẦU
Trong các ngành cơng nghiệp nói chung và cơng nghiệp thực phẩm nói riêng, bụi
được coi là vấn đề rất phổ biến và gây ra nhiều mối nguy hại cho mơi trường. Bên
cạnh đó, bụi cũng gây ra những tác hại xấu cho sức khỏe con người, là nguy cơ dẫn tới
các bệnh về đường hô hấp.
Trong ngành công nghiệp thực phẩm, xử lý bụi và vấn đề cần thiết và bắt buộc.
Điều này giúp đảm bảo cho các vấn đề về an toàn vệ sinh thực phẩm, đồng thời giúp
tận dụng được phế phẩm của quá trình chế biến và giúp giảm các tác hại xấu đến mơi
trường.
Trên thực tế, có rất nhiều phương pháp lọc bụi được áp dụng trong các nhà máy sản
xuất. Vì thế, để hiểu rõ hơn về các phương pháp lọc bụi được sử dụng trong các nhà
máy hiện nay, đồng thời nắm được nguyên lý hoạt động của hệ thống xử lý bụi, trong
bài tập báo cáo này, em tìm hiểu về đề tài “Tính tốn thiết bị lắng cyclone cho nhà máy
sản xuất bột mì”.
Nhiệm vụ và mục tiêu đề tài:
-

Tính tốn thiết kế thiết bị lọc bụi cyclone cho nhà máy sản xuất bột mì.
Lựa chọn phương án thiết kế và bố trí thiết bị hợp lý trong tồn bộ hệ thống xử
lý bụi.

Nội dung đề tài:
-

Tìm hiểu cơ sở lý thuyết.
Phân loại và lựa chọn phương án thiết kế.
Đưa ra sơ đồ cơng nghệ chung cho hệ thống.
Tính tốn các thơng số của thiết bị.

Page |2


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1.

Khái niệm và phân loại bụi.

1.1.1. Khái niệm.
Bụi là tên chung cho các hạt chất rắn có đường kính nhỏ cỡ vài m đến nửa mm,
tự lắng xuống theo trọng lượng của chúng nhưng vẫn có thể lơ lửng trong khơng khí
một thời gian sau. Các hạt to hơn có thể gọi là cát, sỏi.
1.1.2. Phân loại.
-

1.1.2.1.

Do bản chất lý hoá của các vật thể và bụi, nên người ta có thể có nhiều cách
phân loại, tuy nhiên thơng thường có thể dựa vào các đặc điểm cơ bản của bụi
trong sản xuất.
Phân loại theo nguồn gốc.
Với cách phân loại theo nguồn gốc, bụi được chia thành 3 loại:

-

Bụi hữu cơ: là bụi được sinh ra từ các nguồn động vật và thực vật (VD: bụi từ
lông động vật, bụi gỗ, bụi giấy,…).
Bụi vô cơ: là bụi từ các kim loại (VD: đồng, chì, kẽm,…) và khống chất (VD:
than, cát, thạch anh,…).

Bụi hỗn hợp: có thể từ nhiều nguồn khác nhau (phổ biến nhất hiện nay là bụi ở
đô thị, từ các khu công nghiệp,…); đây là loại bụi dễ gây bệnh hơn bụi đơn
thuần rất nhiều do chúng có thể lẫn 30 – 50% bụi khống chất.

-

1.1.2.2.

Phân loại theo kích thước hạt.

Cách phân loại này là việc bắt buộc trong các ngành công nghiệp xử lý khí thải
và nó gắn liền với khả năng phân tán của hạt bụi trong mơi trường.
Bằng cách này, bụi có thể được phân thành 3 loại:
-

1.2.

Bụi cơ bản: kích thước trên 10m.
Bụi dạng mây: kích thước trong khoảng 0.1 - 10m.
Bụi dạng khói: kích thước nhỏ hơn 0.1m.

Các tính chất cơ bản của bụi.

1.2.1. Thời gian tồn tại.
-

Thời gian tồn tại của hạt bụi ở dạng khí dung lỗng là tuỳ theo tác dụng qua lại
giữa hai lực theo hai chiều khác nhau. Hai lực đó là:
• Trọng lực.
• Lực ma sát giữa các hạt bụi với lớp khơng khí xung quanh chúng.

Page |3


-

Trong đó, trọng lực được tính theo cơng thức:
F = .r3.(p – p1)

-

Với: r là bán kính hạt bụi.
p và p1 lần lượt là mật độ của hạt bụi và mật độ khơng khí.
Trở lực ma sát được tính theo định luật Stockes và biểu diễn qua công thức:
R = 6n.r.v
Với: n là hệ số dính của cơ chất.
v là tốc độ chuyển động.

1.2.2. Tính phân tán.
-

Sự phân tán của bụi trong khơng khí phụ thuộc trọng lượng hạt và sức cản của
khơng khí.
Các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10m thì sức cản của khơng khí gần bằng
trọng lượng của chúng nên chúng sẽ rơi với tốc độ khơng đổi.
Các hạt bụi có kích thước lớn thì trọng lượng của chúng lớn hơn sức cẩn của
khơng khí nên chúng sẽ rơi có gia tốc.

1.2.3. Tính kết dính.
-

Các hạt bụi thường có xu hướng kết dính với nhau hoặc kết dính với bề mặt
thiết bị lọc khi mật độ các hạt q dày.
Hạt bụi kích thước càng nhỏ thì khả năng kết dính càng cao.
Tùy vào độ kết dính, người ta chia bụi ra thành các nhóm:
• Khơng kết dính: các hạt bụi > 10m chiếm đa số (VD: thạch anh, đất khơ, xỉ
thơ,…).
• Kết dính yếu: gồm nhiều hạt bụi > 10m và một phần các hạt bụi có kích
thước nhỏ (VD: hạt ngũ cốc, tro bụi chứa nhiều chất chưa cháy, bụi đá,…).
• Kết dính: gồm nhiều hạt có kích thước < 10m (VD: than bùn, bụi kim loại,
xi măng khơ,…).
• Siêu kết dính: thành phần chiếm khoảng 60 – 70% là các hạt < 10m (VD:
bụi tách từ khơng khí ẩm, bụi thạch cao và xi măng,…).

1.2.4. Tính mài mịn.
-

Độ mài mịn của bụi được đặc trưng bằng cường độ mài mòn kim loại ở cùng
vận tốc khí và cùng nồng độ bụi.
Tính chất này phụ thuộc vào độ cứng, hình dáng, kích thước và khối lượng của
hạt bụi.
Tính mài mịn được tính đến khi chọn vận tốc của dịng khí, chiều dày thiết bị,
đường ống dẫn khí và cả lựa chọn vật liệu.

Page |4


1.2.5. Tính thấm ướt.
-

Tính thấm ướt của hạt bụi có ảnh hưởng nhất định đến hiệu quả của thiết bị lọc

bụi kiểu ướt, nhất là với chế độ làm việc tuần hồn.
Các hạt có bề mặt nhẵn dễ thấm ướt hơn các hạt có bề mặt gồ ghề do bề mặt gồ
ghề có thể bị có các khoảng khí trên bề mặt và chúng sẽ trở ngại sự thấm ướt.

1.2.6. Tính hút ẩm.
-

Khả năng hút ẩm của hạt bụi phụ thuộc nhiều vào thành phần hóa học của
chúng.
Ngồi ra kích thước, hình dạng và độ nhám bề mặt cũng ảnh hưởng 1 phần đến
khả năng hút ẩm của hạt bụi.
Tính chất này có ý nghĩa lớn khi sử dụng các thiết bị lọc bụi kiểu ướt.

1.2.7. Tính dẫn điện.
-

1.3.

Tính chất này ảnh hưởng đến trạng thái của bụi trong đường ống và hiệu suất
lọc bụi (đối với thiết bị lọc bằng điện hoặc lọc kiểu ướt).
Mức độ dẫn điện được đánh giá theo chỉ số điện trở suất của lớp bụi và phụ
thuộc vào tính chất của từng hạt bụi riêng lẻ (độ dẫn điện bề mặt và độ dẫn
điện trong, kích thước, hình dạng, …) và các thơng số của dịng khí.

Hiệu quả thu hồi bụi.

Hiệu quả thu hồi bụi (hay mức độ làm sạch) được biểu thị bằng tỉ số lượng bụi
thu hồi được trong tổng số vật chất theo dịng khí đi vào thiết bị trong một đơn vị thời
gian.

Page |5


CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xử lý bụi đang được ứng dụng trong thực
tế. Tùy vào các tính chất (như đã nêu) của hạt bụi mà có thể lựa chọn sử dụng phương
pháp xử lý khô hoặc ướt.
Tuy nhiên, nguyên tắc chung của tất cả phương pháp đều nhằm tách bụi khỏi
dịng khí nhờ các cơ chế sau :
-

Lắng trọng lực.
Va chạm li tâm.
Va chạm quán tính.
Chặn trực tiếp.
Khuyếch tán.
Hiệu ứng tĩnh điện.

Để phù hợp với yêu cầu bài toán đưa ra là xử lý bụi của nhà máy bột mì, một
số phương pháp xử lý khơ được trình bày dưới đây giúp hiểu rõ hơn về cơ chế được sử
dụng trong các thiết bị lọc bụi khác nhau.

2.1.

Buồng lắng bụi.
-

-

-

Đây là loại thiết bị lọc đơn giản nhất.
Phương pháp thu hồi bụi hoạt động theo nguyên lý sử dụng lực hấp dẫn, trọng
lực để lắng đọng những phân tử bụi ra khỏi khơng khí.
Cấu tạo thiết bị gồm: một khơng gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn
nhiều lần so với tiết diện của đường ống dẫn khí vào (để cho vận tốc dịng khí
giảm xuống rất nhỏ).
Nhờ vào cấu tạo này, hạt bụi đủ thời gian rơi xuống đáy dưới tác dụng trọng
lực và bị giữ lại ở đó mà khơng bị dịng khí mang theo.
Buồng lắng bụi được áp dụng để lắng bụi khơ có kích thước hạt từ 60 – 70 m
trở lên. Tuy nhiên, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong
buồng lắng.
Có nhiều kiểu buồng lắng khác nhau: buồng lắng đơn, buồng lắng chia ngăn,
buồng lắng nhiểu tầng,…
Một số hình ảnh về buồng lắng:

Page |6


2.2.

Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính.
-

-

-

2.3.

Nguyên lý cơ bản để chế tạo thiết bị lọc bụi kiểu quán tính là làm thay đổi
hướng chuyển động của dịng khí một cách liên tục và lặp đi lặp lại bằng nhiều
loại vật cản có hình dáng khác nhau.
Khi dịng khí đổi hướng chuyển động thì bụi do có qn tính lớn sẽ giữ hướng
chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó
hoặc mất đi động năng và rơi xuống đáy thiết bị.
Vận tốc của khí trong thiết bị khoảng 1m/s, cịn ở ống vào khoảng 10m/s. Hiệu
quả lọc của thiết bị này đạt từ 65 - 80% đối với các hạt bụi có kích thước 20 –
30 m. Trở lực của chúng trong khoảng 150 – 390 N/m2.
Có nhiều loại: thiết bị lọc quán tính Venturi, thiết bị lọc quán tính kiểu màn
chắn uốn cong, thiết bị lọc quán tính kiểu “lá xách”,…
Hình ảnh một số dạng thiết bị lọc bụi kiểu quán tính:

Thiết bị lọc bụi ly tâm.
Thiết bị lọc ly tâm gồm 2 loại phổ biến:

2.3.1. Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu ngang.
-

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang (thiết bị lọc ly tâm một chiều) có cấu
tạo khá đơn giản .
Ngun lý hoạt động:
• Khí được cấp vào từ một đầu và vào buồng của thiết bị.
• Tại buồng có một bộ phận quay, bộ phận này sẽ quay với tốc độ lớn, va
chạm với dịng khí vào và làm văng các hạt bụi ra theo các cửa trên thân.
• Dịng khí sạch thốt ra theo đường thằng so với đường đi vào của dòng khí.

Page |7

2.3.2. Thiết bị lọc ly tâm kiểu gió xốy.
-

Thiết bị này gồm 2 loại : thiết bị lọc bụi li tâm kiểu guồng xoắn đơn giản và
kiểu guồng xoắn có kèm theo xiclon.
Điểm khác cơ bản của thiết bị này so với cyclone là dịng khí xốy phụ trợ .
Ngun lý hoạt động:
• Khi dịng khí vào từ dưới, chúng được xoáy nhờ cánh quạt, chuyển động
lên trên và chịu tác động của tia khí thứ cấp.
• Dịng khí thứ cấp chạy ra từ vòi phun tiếp tuyến để tạo sự xốy hỗ trợ cho
khí.
• Dưới tác dụng của lực ly tâm, các hạt bụi văng ra phía ngồi, gặp dịng khí

-

xốy thứ cấp hướng xuống dưới và bị đẩy vào khoảng không gian vành
khăn giữa các ống.
Không gian vành khăn xung quanh ống được trang bị vòng đệm chắn để bụi
khơng quay trở lại thiết bị.
Dịng khí thứ cấp có thể là khơng khí sạch hoặc là phần khí đã xử lý hoặc khi
nhiễm bụi.
Hình ảnh minh họa về cấu tạo của thiết bị:

2.3.3. Cyclone.
-

Là thiết bị lọc ly tâm kiểu đứng.
Page |8

-

-

Ngyên tắc của thiết bị lọc bụi này là hình thành lực ly tâm để tách bụi ra khỏi
khơng khí.
Đây là thiết bị được ứng dụng rất rộng rãi trong cơng nghiệp .
Cấu tạo:
• Thân cyclone hình trụ, đáy hình chóp cụt.
• Ống khí vào được bố trí theo phương tiếp tuyến với thân xiclon.
Ngun lý hoạt động:
• Dịng khí đi vào phần trên của cyclone và chuyển động theo hình xoắn ốc
xuống phía dưới và hình thành dịng xốy ngồi.
• Các hạt bụi dưới tác dụng của lực ly tâm bị văng vào thành cyclone và tiến
gần đến đáy chóp.
• Sau khi va đập vào đáy chóp của thiết bị, dịng khí bắt đầu quay ngược trở
lại và chuyển động lên trên hình thành dịng xoắn trong.
• Các hat bụi văng đến thành, dịch chuyển xuống dưới nhờ lực đẩy của dịng

-

-

-

-

xốy và trọng lực rồi từ đó ra khỏi cyclone qua ống xả bụi.
Ưu điểm:
• Cấu tạo đơn giản.

• Làm việc được ở mơi trường nhiệt độ cao.
• Bụi thu gom ở dạng bụi khơ.
• Trở lực ổn định.
• Hiệu suất cao.
• Vận hành đơn giản.
Nhược điểm:
• Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5 m.
• Khơng thể thu hồi bụi kết dính.
Trong thực tế, người ta ứng dụng rộng rãi cyclone trụ và cyclone chóp (khơng
có thân trụ), với các đặc điểm:
• Cyclone trụ cho năng suất cao, cịn cyclone chóp cho hiệu quả tách bụi cao.
• Đường kính cyclone trụ khơng lớn hơn 2000 mm và xiclon chóp nhỏ hơn
3000mm. Vận tốc khí qua cyclone khoảng từ 2.2 đến 5.0 m/s.
Hình ảnh mô tả cấu tạo thiết bị cyclone đơn:

Page |9


2.4.

Thiết bị lọc bụi túi vải.
-

Cấu tạo thiết bị thường có hình trụ, lớp lưới vải lọc được giữ chặt trên lưới ống
và được trang bị cơ cấu giũ bụi.
Nguyên tăc hoạt động:
• Khơng khí chứa bụi vào thiết bị được quạt hút vào buồng làm sạch. Tại đây,
bụi được giữ lại trên thành túi lọc, khơng khí sạch qua túi lọc đi từ trong ra
ngoài hoặc từ ngoài vào trong và theo buồng khí sạch thốt ra ngồi.
• Sau khoảng thời gian T đặt trước, bụi đã bám nhiều trên mặt vải lọc làm

-

tăng sức cản và giảm lượng khí qua lưới vải lọc, ảnh hưởng tới năng suất
lọc.
Khi đó ta tiến hành giũ bụi bằng cách sử dụng động cơ hút: van gió chính
đóng lại, van rũ bụi mở ra; khí nén với áp lực lớn qua buồng làm sạch xả
vào túi lọc làm rung các túi lọc (hoặc có thể dùng phương pháp rung lắc thủ
cơng hoặc cơ khí). Sau khi rũ xong, van thu hồi liệu mở ra, hạt bụi được
thu hồi; sau đó mở van gió chính và động cơ hút làm việc.
• Q trình hoạt động tương tự cho các chu trình tiếp theo.
Hình ảnh mô tả cấu tạo thiết bị lọc bụi túi vải:

P a g e | 10


P a g e | 11


CHƯƠNG III: XÂY DỰNG BÀI TỐN
3.1.

Các tính chất của bụi trong nhà máy sản xuất bột mì.
-

3.2.

Bụi sinh ra chủ yếu do vỏ trấu, tạp chất và có một phần bụi mịn.
Kích thước hạt bụi 15 – 20 m.
Là bụi kết dính yếu.

Lựa chọn phương án xử lý.
-

Với yêu cầu của đề tài là “Tính tốn thiết bị lắng cyclone cho nhà máy sản xuất
bột mì”, yêu cầu đặt ra đối với việc chọn lựa cyclone là phải đáp ứng các thơng
số kỹ thuật quan trọng bao gồm:
• Lưu lượng khí cần lọc.
• Hiệu quả lọc.
• Tổn thất áp suất.
• Diện tích và khơng gian chiếm chỗ.
• Giá thành thiết bị.
- Thơng thường, ưu tiên lựa chọn loại cyclone có lưu lượng phù hợp, đồng thời
có hiệu quả lọc cao và tổn thất áp suất bé. Vì thế, phải xác định tỷ lệ kích thước
hợp lý cho cyclone.
- Một số kiểu lắp cyclone thường gặp:
1) Cyclone đơn: chỉ sử dụng một cyclone duy nhất có đường kính lớn.
2) Lắp nối tiếp hai cyclone cùng loại: cách lắp này làm tăng hiệu quả lọc của
hệ thống so với cách sử dụng từng cyclone riêng lẻ; sự tăng hiệu quả lọc này
là hiệu quả lọc theo cỡ hạt chứ không phải là hiệu quả lọc tổng cộng.
3) Lắp song song hai hay nhiều cyclone cùng loại: hiệu quả lọc của cyclone
tăng khi lưu lượng tăng; hoặc trong trường hợp lưu lượng không đổi thì hiệu
quả lọc tăng khi đường kính của cyclone giảm.
4) Cyclone chùm:
• Là tổ hợp của nhiều cyclone kiểu đứng.
• Số lượng các cyclone con trong cyclone chùm phụ thuộc vào năng suất
của thiết bị.
• Hiệu quả lọc của cyclone chùm bằng hiệu quả lọc của từng cyclone riêng
biệt.
• Tổn thất áp suất chung của cả hệ thống bằng tổn thất áp suất của một

-

cyclone con.
• Lưu lương của hệ thống bằng tổng lưu lượng của tất cả các cyclone con.
Chọn thiết bị lọc bụi cho nhà máy là sử dụng cyclone đơn lắp song song; với
năng suất chọn là 30000 m3/h.

P a g e | 12


Kết luận: u cầu bài tốn là “Tính tốn thiết bị lắng cyclone cho nhà máy sản
xuất bột mì năng suất 30000 m3/h”.

3.3.

Sơ đồ công nghệ hệ thống lọc bụi.
-

Thông thường trong nhà máy, hệ thống lọc bui không chỉ sử dụng một loại
thiết bị lọc mà cần kết hợp nhiều thiết bị lọc để tăng hiệu quả lọc bụi.
Đối với nhà máy sản xuất bột mì, hệ thống lọc bụi thường được sử dụng là kết
hợp cyclone và thiết bị lọc bụi túi vải (lọc bụi tay áo).
Hệ thống lọc bụi bằng cyclone của nhà máy với các thông số yêu cầu được thể
hiện trong sơ đồ công nghệ sau:

P a g e | 13


3.4.

Cấu tạo thiết bị cyclone trong hệ thống lọc bụi.
-

Cấu tạo của thiết bị cyclone được sử dụng trong quá trình này như sau:

-

Mơ tả ngun lý hoạt động:
• Khơng khí có lẫn bụi đi qua ống 1 theo phương tiếp tuyến với ống trụ 2
và chuyển động xốy trịn từ trên xuống dưới.
• Khi gặp phễu 3 dịng khơng khí bị đẩy ngược lên chuyển động xốy trong
ống 4 và thốt ra ngồi.
• Trong q trình chuyển động xốy ốc lên và xuống trong các ống, các hạt
bụi dưới tác dụng của lực ly tâm va vào thành, mất qn tính và rơi xuống
dưới.
• Ở đáy cyclone có lắp thêm van xả để xả bụi, van xả 5 là van xả kép. Hai
cửa xả 5a và 5b không mở đồng thời nhằm đảm bảo luôn cách ly bên trong
xyclon và thùng chứa bụi, khơng cho khơng khí lọt ra ngoài.

P a g e | 14


CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN THIẾT KẾ
4.1.

Thơng số đầu vào.
-

4.2.

Thể tích hợp khí đi vào thiết bị làm sạch (theo đề bài): Vv = 30000 m3/h.
Nồng độ bụi của hệ khí (chọn) là: Cv = 2000 mg/m3.
Kích thước của hạt lơ lửng trong hệ khí (chọn theo bảng III.1 – 516 [1]), với hệ
bột ta chọn: d = 15 m.
Độ làm sạch của cyclone với đường kính hạt d = 15 m (chọn theo bảng III.2 –
516 [1]) là: η = 85%.
Vận tốc dịng khí đi vào cyclone (thường chọn trong khoảng 18 – 20 m/s đối
với cyclone đơn): chọn là = 20m/s.
Vận tốc dịng khí đi ra khỏi cyclone (thường chọn trong khoảng 4 – 8 m/s):
chọn là = 8m/s.
Nhiệt độ dịng khí vào cyclone: 80.
Nhiệt độ dịng khí ra khỏi cyclone: 40.
Độ nhớt động học của môi trường: = 17.1510-6 m2/s.

Tính tốn cơng nghệ.
-

-

Nồng độ bụi trong dịng khí đi vào thiết bị (theo % khối lượng): yv =
Với nhiệt độ dịng khí đi vào cyclone là: 80, ta có:
• Khối lượng riêng của khơng khí: = 1.029 kg/m3.
• Khối lượng riêng của hạt bụi: = 1440 kg/m3.
Vậy khối lượng riêng của dịng khí đi vào cyclone là:
= .yv + .(1 – yv) = 1440 + 1.029(1 - )
2
- 1.029 – 2.88 = 0
= 2.288 (kg/m 3)

-

Vậy nồng độ bụi trong dịng khí vào thiết bị (theo % khối lượng) là:
yv = = = 8.7410-4 = 0.087 (% khối lượng)

-

Khối lượng riêng của dịng khí ra khỏi thiết bị (suy ra từ CT III.13 – 518 [1]):

η = (1 - ).100% yr = yv - = 1.3110-4 = 0.013 (% khối lượng)
-

Khối lượng riêng của dịng khí đi vào cyclone là:
= .yr + .(1 – yr)
= 1440 + 1.029(1 - )
2
- 1.029 - 2.446 = 0
= 2.161 (kg/m3)

-

Lượng khí đi vào thiết bị:
P a g e | 15


Gv = Gr. = Vv. = 300002.288 = 68640 (kg/h)
Lượng khí ra khỏi thiết bị: Gr = 68589.2 (kg/h)
-

Lượng khí được làm sạch:

Gs = Gv . = 68640 = 68580.28 (kg/h)

-

Lượng bụi thu được:
Gb = Gv – Gr = 68640 – 68589.2 = 50.8 (kg)

4.3.

Tính tốn thiết bị.
-

Hiệu quả thu hồi bụi phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc lắng. Vì thế, thiết bị lọc
bụi phải đảm bảo sao cho vận tốc lắng đạt được là lớn nhất.
Để tăng vận tốc lắng, người ta thường sử dụng 2 cách:
• Tăng vận tốc chuyển động của dịng khí. Tuy nhiên, phương pháp này có
nhược điểm lớn là làm tăng trở lực cho cyclone (vì nếu vượt giới hạn vận
tốc thì hiệu suất cyclone giảm do tốc độ xốy của dịng tăng). Vì vậy
phương pháp này là khơng khả thi.
• Giảm bán kính quay của dịng bằng cách giảm bán kính cyclone. Đây là

-

-

phương pháp dễ thực hiện nên thường được sử dụng trong thực tế.
Vì vậy, chọn thiết kế cyclone dạng nhóm, gồm 6 cyclone đơn mắc song song
nhau. Điều này vừa giúp tăng hiệu quả lọc bụi, đồng thời giảm diện tích của
thiết bị hơn so với việc chỉ sử dụng một cyclone đơn.
Việc giảm tiết diện của thiết bị cịn phù hợp với khơng gian đặt thiết bị trong

nhà, tránh viêc phải đặt ngoài trời để giảm các yếu tố tác động từ bên ngoài
làm giảm tuổi thọ thiết bị.
Khi tính tốn cho nhóm cyclone đơn, các giá trị thơng số đầu vào của thiết bị
tính riêng cho một cyclone là như nhau

4.3.1. Bán kính ống dẫn ra khỏi cyclone.
r1 = = = 0.235 (m)
Quy chuẩn chọn: r1 = 0.250m.
4.3.2. Kích thước ống cấp khí vào cyclone.
-

Ống dẫn khí vào là chung nhóm cyclone.
Kích thước ống vào cyclone (ống đặt tiếp tuyến với thành thiết bị và mặt cắt có
hình chữ nhật với chiều cao h và chiều rộng b):
• Chọn tỉ lệ: = k = 2.
• Vậy có:
h = = = 0.456 (m)

P a g e | 16


Quy chuẩn chọn: h = 0.500m. Khi đó ta có: b = 0.250m.
4.3.3. Bán kính phần hình trụ của cyclone.
r2 = r1 + + r
Trong đó: là bề dày của ống dẫn khí ra khỏi cyclone, m.
r là khoảng cách theo đường kính giữa ống ra và thành thiết bị, m.
• Chọn: = 3mm = 0.003m; r = 0.1m.
• Vậy có:
r2 = r1 + + r = 0.235 + 0.004 + 0.100 = 0.339 (m)
Quy chuẩn chọn: r2 = 0.350m.

4.3.4. Chiều cao phần hình trụ của cyclone.
Ht = k.

-

Trong đó: Vlv là thể tích làm việc của cyclone, m3.
k là hệ số dự trữ, thường lấy k = 1.5.
Tốc độ góc của dịng khí đi trong cyclone:
=
Trong đó: là tốc độ trung bình của khí đi trong cyclone, m/s.
rtb là bán kính quay trung bình của dịng trong cyclone,m.
• Tốc độ trung bình của khí đi trong cyclone thường lấy nhỏ hơn 1.4 lần tốc
độ khí vào cyclone. Vậy ta có:
= = = 14.3 (m/s)
• Bán kính quay trung bình của dòng trong cyclone được xác định theo điều
kiện:
= = 1.483 < 2
rtb = .( r1 + + r2) = (0.235 + 0.003 + 0.353) = 0.296 (m)
• Vậy có:
= = = 48.311 (1/s)

-

Thể tích làm việc của cyclone:
Vlv = Vv. = 2.15910-4 = 0.18010-3 (m3)

-

Vậy chiều cao phần hình trụ của cyclone:
Ht = k.

= 1.25
= 1.054 (m)

P a g e | 17


Quy chuẩn: Ht = 1.055m.
4.3.5. Chiều cao phần chóp nón.
Hn = (r2 – r0).tan
Trong đó: r0 là bán kính lỗ tháo bụi, m.
là góc giữa bán kính vỏ và đường sinh.
Đối với nhóm cyclone, chọn: r0 = 0.200m.
Góc giữa bán kính vỏ và đường sinh phải lớn hơn góc nghiêng rơi tự nhiên của
vật liệu, thường nằm trong khoảng 50 - 80.
Chọn: = 75.
Vậy chiều cao phần hình nón của cyclone là:
Hn = (0.353 – 0.200)tan75 = 0.868 (m)
Quy chuẩn: Hn = 0.900m.

-

-

4.3.6. Chọn mặt bích.
-

Chọn loại mặt bích liền làm bằng thép.
Với đường kính thiết bị là: Dt = 0.50m, các thơng số kích thước theo bảng:
Ống

Py.106
(N/m2)

Dt
D

Kiểu
bích I

Kích thước nối
Db

Dl

Do

Bu lông
db

mm
1

4.4.

500

630

580

550

511

M20

z

h

cái

mm

20

20

Lực ly tâm và yếu tố ly tâm.

4.4.1. Lực ly tâm.
-

Vật thể chuyển động quanh một trục sẽ chịu tác dụng của một lực ly tâm theo
hướng quay.
Lực ly tâm được xác định theo cơng thức:
C=
Trong đó: m là khối lượng bụi, kg.
là vận tốc góc của dịng khí trong cyclone, m/s.
r là bánh kính quay, m. (r = r2)

Với: là gia tốc lý tâm.

-

Vậy ta có:
C = = = 3.36105 (N)

P a g e | 18


4.4.2. Yếu tố ly tâm.
-

Trong quá tình lắng, hạt bụi chịu tác dụng của 3 lực là: trọng lực, lực ly tâm và
trở lực (lực cản của môi trường).
Yếu tố ly tâm là yếu tố rất quan trọng trong thiết bị ly tâm và được xác định
bằng tỉ số giữa gia tốc ly tâm và gia tốc trọng trường theo cơng thức sau:
Kp =

-

Trong đó: Kp là đại lượng khơng thứ nguyên.
Giá trị Kp được xác định theo tỉ lệ giữa lực ly tâm và trọng lực theo công thức:
Kp = = = 674.228

-

4.5.

Giá trị Kp này cho ta thấy sự khác biệt rõ rệt giữa vận tốc lắng trong lắng trọng

lực và lắng ly tâm. Vì rõ ràng lắng ly tâm có vận tốc lắng lớn hơn rất nhiều lần
so với lắng trọng lực (vận tốc lắng ly tâm bằng Kp lần vận tốc lắng trọng lực).

Vận tốc lắng ly tâm.
-

-

-

Để tính vận tốc lắng ly tâm khi đã biết giá trị K p thì ta phải xác định được vận
tốc lắng trọng lực.
Vận tốc lắng trọng lực sẽ phụ thuộc vào trở lực của môi trường. Và trở lực của
mơi trường sẽ phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi trường (khồi lượng riêng,
độ nhớt).
Trở lực của môi trường tăng đến khi vật thể rơi với tốc độ khơng đổi (bằng vận
tốc cuối). Khi đó có sự cân bằng giữa trọng lực và trở lực của môi trường, vật
rơi với tộc độ không đổi.
Vận tốc lắng trọng lực khi đó được tính theo cơng thức:
=

-

Trong đó: ξ là hệ số trở lực (là hàm của Re).
Chỉ số Re đươc xác định theo cơng thức:
Re =
Trong đó: là độ nhớt tuyệt đối, m/s2.
là KLR trung bình của dịng khí ra và vào cyclone, kg/m3.
• Ta có cơng thức tính độ nhớt tuyệt đối:
=. .

= 17.1510-6
= 2.09010-5 (m/s2)
• Khối lượng riêng trung bình của dịng khí:
= = = 2.225 (kg/m3)
Vậy có:
Re = = = 107.5105
P a g e | 19


-

Với giá trị: Re = 107.5105, ta có: ξ = 0.44 (theo CT 5.6 – 7 [2]).
Vậy vận tốc lắng trọng lực là:
=
=
= 0.790 (m/s)

-

Vận tốc lắng ly tâm là:
lt

4.6.

Thời gian lưu của dịng khí trong cyclone.
-

4.7.

= .Kp = 0.790674.228 = 532.640 (m/s)

Thời gian lưu của dịng khí theo CT III.32 – 520 [1], có:
= .
=
= 2.688 (s)

Số vịng quay của dịng khí trong cyclone.
n = = = 58.549 (vịng)

Nếu các bạn cần bản vẽ chi tiết vui lòng liên hệ qua gmail


P a g e | 20


KẾT LUẬN
Bài báo cáo được hoàn thành dựa trên việc đọc, tìm hiểu tài liệu liên quan cũng như
tham khảo những ứng dụng của hệ thống xử lý bụi trong thực tế.
Bài làm đã hoàn thành được các nội dung bao gồm:
-

Tìm hiểu tổng quan và tính chất của các loại bụi trong công nghiệp.
Các phương pháp xử lý bụi được ứng dụng tỏng thực tế hiện nay và ưu –
nhược điểm của chúng.
Xây dựng bài toán thiết kế phù hợp với nội dung và u cầu đề bài.
Tính tốn thiết kế cho thiết bị cyclone trong hệ thống đã xây dựng.

Q trình hồn thành bài báo cáo cịn nhiều thiếu xót và phù thuộc nhiều vào tài
liệu. Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý của Th.S. Lê Ngọc Cương để bài làm
được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

P a g e | 21


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS. Trần Xoa, Sổ tay Quá trình và Thiết bị Cơng nghệ hóa chất - Tập 1, NXB Khoa
học và Kĩ thuật, Hà Nội.
[2] Nguyễn Bin, Các q trình, thiết bị trong cơng nghệ hóa chất và thực phẩm – Tập
2, NXB Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội.
[3] Tơn Thất Minh (2012), Cơ sở tính toán thiết kế mày và thiết bị thực phẩm, NXB
Bách Khoa, Hà Nội.
[4] Konal I. Singh (2016), Wheat Flour Mill Cyclone Separator: A Literary Review.

P a g e | 22