Phân riêng hệ khí không đồng nhất | Bài giảng môn quá trình thiết bị | Đại học Bách khoa hà nội

PHÂN%RIÊNG%
HỆ%KHÍ%KHÔNG%ĐỒNG%NHẤT
(Phân%riêng%bằng%cơ%học)
Giảng&viên:&Nguyễn&Minh&Tân&
Bộ&môn&QT7TB&CN&Hóa&học&&&Thực&phẩm
Trường&Đại&học&Bách&khoa&Hà&nội
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất Khái%niệm%chung
• Hệ#dị#thể/hệ#không#đồng#nhất
• Phân#riêng#hệ#không#đồng#nhất – Thu%hồi%hạt
– Ngăn%ngừa%tạo%thành%các%hợp%chất%có%ảnh%hưởng%
xấu%đến%quá%trình%tiếp%theo
– Làm%sạch%khí%hay%lỏng%tránh%gây%độc%hại%tới%mội% trường
• Đặc#trưng#của#hệ#không#đồng#nhất:
ít%nhất%có%2%pha,%một%pha%phân%tán%(pha%trong)%và%
một%pha%liên%tục%(pha%ngoài)
• Phân#loại#các#kỹ#thuật#phân#riêng
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất
- Hệ khí không đồng nhất là gì?
- Phân chia hệ khí không đồng nhất:
- Hệ cơ học: Kích thước 5 – 50µm - Hệ ngưng tụ:
- ở dạng rắn - > hệ khói
- ở dạng lỏng -> hệ sương mù
- Kích thước hạt của hệ ngưng tụ 0,3 – 0,001 µm
- Hạt có kích thước bé hơn 1mm sẽ chuyển động Brown.
-Hạt có kích thước bé hơn 0,1 trong thực tế không bị lắng dưới tác dụng của trọng lực,
-Nguyên nhân tạo ra hệ khí không đồng nhất:
- Bụi do đập nghiền vật liệu rắn - Sàng - Trộn
- Các quá trình cơ học khác
- Khói và mù tạo thành từ ngưng tụ hơi, sấy,…quá trình cháy
- Sương mù xuất hiện khi ngựng tụ hơi thành giọt mịn trong không khí
- Các phương pháp tách hệ khí không đồng nhất:
- Làm sạch bằng phương pháp cơ học:
- Làm sạch bằng phương pháp uớt: khí thổi qua chất lỏng, sục vào chất lỏng
- Làm sạch bằng phương pháp lọc
- Làm sạch bằng phương pháp dùng điện trường
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất
Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực • Tốc$độ$lắng
Vận tốc của của vật thể trong môi trường khí:
w = g! ,m / s
g: gia tốc trọng trường ,m/s2 !: thời gian rơi, s
- Vận tốc rơi đạt được đến vận tốc lắng w (m/s) 0
- Trở lực của môi trường phụ thuộc vào:
- Tính chất vật lý của môi trường: khối lượng riêng, độ nhớt
- Kích thước và hình dáng của vật thể - Vận tốc rơi - Gia tốc trọng trường 2
Trở lực của môi trường được xác định theo định luật Newtơn: w S = F 0 " ! , N 2 2 d 2 " w 2 Với hạt cầu S 0 = # ! , N 4 2 2
F: tiết diện của hạt theo hướng chuyển động, m2 d: đường kính hạt, m
ρ2: khối lượng riêng cuả môi trường, kg/m3 ": hệ số trở lực
Phân&riêng&hệ&khí&không&đồng&nhất • Tốc$độ$lắng
Trọng lực tác dụng vào một hạt cầu lơ lửng trong môi trường (định luật Archimedes): d 3 " K = ! # ! , S ( 1 )g N 6 2 3 d
! : thể tích của hạt cầu, m3 6 ρ S = K
2: khối lượng riêng của hạt cầu, kg/m3 S d 2 " w 2 d 3 " 0 # ! = ! $ ! 2 ( 1 2)g 4 2 6 4gd(" # " 1 2 ) w = ,m / s 0 3" ! (*) 2
Phân&riêng&hệ&khí&không&đồng&nhất • Tốc$độ$lắng Lắng Stokes 24 d 2(! " ! 1 2 )g Re " , 0 2 ! # = w = , m / s Re 0 18µ
Trở lực của môi trường lắng các hạt bé được xác định chỉ dựa trên lực ma sát, bỏ qua lực quán tính: S = KS S = 3 d ! w µ , N 0 d 3 " d 2(! " ! 1 2 )g 3 d " w µ = ! # ! w = , m / s 0 ( 1 2)g 6 0 18µ 6 , 3 2 µ 81 , 9 2 µ d = 3 # 3 , 3 3 , max (*) ! ! " ! ! ! " ! 2 ( 1 2 ) 2 ( 1 2 ) m
Phân&riêng&hệ&khí&không&đồng&nhất • Tốc$độ$lắng Lắng Stokes Re < 2
Kích thước của hạt bằng đoạn đường di chuyển trung bình của phần tử khí Trở lực: 3 d ! w µ S 0 = , N l 1+ A 0d l 7 10! = m 0
là đoạn đường di chuyển trung bình của khí A " , 1 4 ! 2 là hằng số d 2(( ' ( & # 1 2 )g l w = $1+ A 0 , ! m / s 0 18µ % d "
Phân&riêng&hệ&khí&không&đồng&nhất • Tốc$độ$lắng
Chế độ chảy quá độ 5 , 18 , 0 2 < Re < 500 ! " = Re dg(! " ! 1 ) Vận tốc lắng: w = 072 , 0 2 , m / s 0 µ
Chế độ chảy xoáy 500 < Re < 10 . 15 4 ! " = , 0 44 d (! " ! 1 2 ) Vận tốc lắng: w = , 5 48 , m / s 0 !2
Phân&riêng&hệ&khí&không&đồng&nhất
• Tính%vận%tốc%lắng
Các giá trị giới hạn được tính theo chuẩn số Ar: 24 Re # 2 " $ = ! Ar = 6 , 3 Re 5 , 18 , 0 2 < Re < 500 # $ = " Ar ! 84000 Re 500 < Re < 10 . 15 4 " # = , 0 44 ! Ar > 84000
Phân&riêng&hệ&khí&không&đồng&nhất
• Tính%vận%tốc%lắng
Phương pháp 1: Giả thiết Re -> tính vận tốc lắng -> kiểm tra lại giá trị Re
Phương pháp 2: Xác định vận tốc lắng qua chuẩn sổ Archimedes (Ar) 4gd(" # " 3 2 4 (! ! 1 2 ) 1 2 ) w = ,m / s " # = gd w 0 3" ! 0 2 3!2 3 ! ! ! 2 4 ( 1 2) 2 dw ! 2 0 2 Re = " # Re = gd µ 2 3! µ 2 2 ! ! ! 2 4d 3 2 ( 1 2) " # Re = g 2 3µ !2 3 2 Ar = ! Re 4
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất
Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực d 3(! " ! ! 1 2 ) Ar 2 = g 2 µ 4 Ar Ar Ar < 6 , 3 : Re = ! Re = 3 24 18 1 1 , 1 4 , 1 4 & 4 Ar # & Ar # 6 ,
3 < Ar < 84000 : Re = $ ! ' Re = $ ! % 3 5 , 18 " % 9 , 13 " 4 Ar Ar > 84000 : Re = ! Re = 73 , 1 Ar 3 , 0 44
ở chế độ chảy xoáy (Ar> 84000) có:
!=0,77 cho hạt có cạnh góc Re µ m !=0,58 cho thanh dài w = " ,m / s 1 d = , 1 242 ,m 0 tđ
!=0,43 cho hạt có dạng tấm d! ! 2 1
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất Năng suất lắng V fw, m3 = / s s vận tốc lắng w0. l H vận tốc khí w w = và w = thời gian lắng !: ! 0 ! l w V = bH = bHl 0 = blw or V = F w m3 / s s ! H 0 S 0 0
H: chiều cao buồng lắng, m
b: chiều rộng đáy buồng lắng, m
l: chiều dài đáy buồng lắng, m
F = bl bề mặt đáy buồng lắng, m2 0
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất Năng suất lắng V fw, m3 = / s s vận tốc lắng w0. l H vận tốc khí w w = và w = thời gian lắng !: ! 0 ! l w V = bH = bHl 0 = blw or V = F w m3 / s s ! H 0 S 0 0
H: chiều cao buồng lắng, m
b: chiều rộng đáy buồng lắng, m
l: chiều dài đáy buồng lắng, m
F = bl bề mặt đáy buồng lắng, m2 0
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất Đường lắng
Trên đuờng dẫn khí có đặt các tấm chắn,
nhờ tấm chắn nên đường đi của khi đổi
hướng liên tục, và được kéo dài, các hạt bụi
sẽ lắng dưới tác dụng cảu trọng lực, tập
trung ở đáy, định kỳ được tháo ra ngoài
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất Buồng lắng
- Hỗn hợp khí chuyển động với vận tốc nhỏ
- Hạt bụi lắng lại dưới tác dụng của trọng lực
- Đặt nhiều tấm chắn ngang song
song với nhau, khi đi qua khoảng
giữa các tấm, bụi sẽ nằm lại trên bề mặt tấm
- Buồng lắng có 2 ngăn để khi
ngăn này làm việc thì ngăn kia tháo bụi
- Khoảng cách giữa các tấm trong
buông lắng khoảng từ 40 đến 100mm (! " !
Vận tốc chuyển động của hạt 1 2 ) # d w 6 , 3 được giới hạn: !2
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất
Lắng%dưới%tác%dụng%của%lực%ly%tâm
Để tăng vận tốc lắng của bụi trong không khí, tức
làm sạch khí triệt để, dùng tác dụng của lực ly tâm Cấu tạo Thân hình trụ Đáy hình trụ Ống tháo khí
Ống dẫn khí vào nối theo phương tiếp tuyến với thân
hình trụ, đưa khí vào thiết bị với vận tốc lớn (20 - 25m/s)
Khí trong xyclon chuyển động tròn theo hướng trung
tâm, qua đó xuất hiện lực ly tâm trong dòng khí
Các hạt bụi có khối lượng riêng lớn lắng trên thành
trụ rồi rơi xuống đáy nón
Dòng khí sạch đi ra khỏi thiết bị qua ống trung tâm
Bụi được lắng trong đáy nón định kỳ được tháo ra ngoài (vít tải)
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất
Lắng%dưới%tác%dụng%của%lực%ly%tâm
Lực ly tâm và yếu tố phân ly
Khi Vật thể chuyển động
quanh một trục, sẽ chịu tác mw2 - Lực ly tâm : C = , N
dụng của lực ly tâm theo r hướng quay
m: khối lượng của vật thể, kg
w: vận tốc quay của vật thể, m/s w2 gia tốc ly tâm: r: bán kính quay, m r
Yếu tố phân ly là tỉ số giữa gia tốc w2 C
phân ly và gia tốc trọng trường: K = = P rg G
Kp chính là tỉ số giữa lực ly tâm và trọng lực
có thể áp dụng các công thức tính vận tốc lắng trong
lắng bằng trọng lực nhân với yếu tố phân ly Kp.
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất
Lắng%dưới%tác%dụng%của%lực%ly%tâm • Tính%vận%tốc% lắng d 3(! " ! ! 1 2 ) 2 dw ! Ar = g 2 0 2 Re = µ µ 4d 3 ! ! ! 4 Ar.K Ar.K 2 ( 1 2) 22 " # Re = gK Ar.K < 6 , 3 : Re P = ! Re P = P 2 P 3! µ 3 24 18 2 1 1 , 1 4 , 1 4 & 4 Ar.K # & Ar.K # 6 ,
3 < Ar.K < 84000 : Re = $ P ! ' Re = $ P ! P 4 % 3 5 , 18 " % 9 , 13 " ! Re2 = ArKP 3 4 Ar K . P Ar K . > 84000 : Re = ! Re = 73 , 1 Ar K . P P 3 , 0 44 Re µ w = " ,m / s 0 d!2
Phân%riêng%hệ%khí%không%đồng%nhất
Lắng%dưới%tác%dụng%của%lực%ly%tâm • Tính%vận%tốc% lắng d 3(! " ! ! 1 2 ) 2 dw ! Ar = g 2 0 2 Re = µ µ 4d 3 ! ! ! 4 Ar.K Ar.K 2 ( 1 2) 22 " # Re = gK Ar.K < 6 , 3 : Re P = ! Re P = P 2 P 3! µ 3 24 18 2 1 1 , 1 4 , 1 4 & 4 Ar.K # & Ar.K # 6 ,
3 < Ar.K < 84000 : Re = $ P ! ' Re = $ P ! P 4 % 3 5 , 18 " % 9 , 13 " ! Re2 = ArKP 3 4 Ar K . P Ar K . > 84000 : Re = ! Re = 73 , 1 Ar K . P P 3 , 0 44 Re µ w = " ,m / s 0 d!2