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)
Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm
Trường Đại học Bách khoa Hà nội
Làm sạch khí bằng phương pháp ướt
Nguyên tắc làm sạch
- Làm sạch khí bằng phương pháp ướt được phép sử dụng khi cho phép làm ẩm và làm
sạch khí, bụi không có giá trị kinh tế, không cần phải thu hồi
- Bản chất của phương pháp ướt: dùng nước hoặc một chất lỏng nào đó để rửa khí.
- Nước có thể được cho chảy thành màng trên bề mặt các ống hoặc tấm, hoặc phun dưới
dạng bụi sương vào toàn bộ thiết bị
- Có thể tiến hành dưới tác dụng của trọng lực, lực quán tính hoặc lực ly tâm
- Dưới tác dụng của lực quán tính hoặc lực ly tâm, bụi sẽ được tách ra khỏi khí, dòng khí
được làm lạnh, bão hòa hơi nước
- Nếu làm lạnh khí xuống thấp hơn nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước có khả năng tách được
các hạt bụi rất nhỏ. Vì lúc đó các hạt bụi trở thành tâm ngưng tụ, chất lỏng sẽ bám vào bụi
làm cho bụi có kích thước lớn hơn và lắng xuống
Làm sạch khí bằng phương pháp ướt
Thiết bị loại tĩnh
- Cấu tạo giống tháp hấp thụ: Khí đi từ dưới lên, lỏng được phun qua các vòi
phun từ trên xuống. Do có tiếp xúc giữa dòng khí và dòng lỏng, các hạt chất lỏng
sẽ kéo theo các hạt bụi và rơi xuống đáy tháp. Để tăng hiệu suất tách bụi, thường đổ đệm vào tháp.
- Hiệu suất tách bụi: đối với tháp rỗng khoảng 60 – 70%
- Hiệu suất tách bụi đối với tháp đệm: 75 – 85% với hàm lượng bụi nhỏ hơn 1 –
2g/m3 ở nhiệt độ và áp suất 760mmHg
Làm sạch khí bằng phương pháp ướt
Thiết bị loại bề mặt ướt
- Làm việc dưới tác dụng của lực ly tâm. Nguyên tắc
làm việc giống với xyclon
- Khí vào thiết bị 1 qua cửa 2 theo phương tiếp tuyến,
chuyển động xoáy từ dưới lên
- Chất lỏng (nước) qua vòi phun 3 chảy thành màng
trên bề mặt trong của thiết bị
- Dưới tác dụng của lực ly tâm, bụi văng ra thành, được
thấm ướt bởi màng nước, theo màng nước chảy xuống đáy nón.
- Ưu điểm: độ làm sạch lớn, trở lực nhỏ, cấu tạo đơn giản
Làm sạch khí bằng phương pháp ướt
Thiết bị loại sủi bọt Cấu tạo:
Một thùng rỗng, bên trong có một tấm lưới.
Khí được dẫn vào cửa dưới các lỗ, sục vào lớp chất
lỏng bên trên lưới tạo thành bọt.
Các hạt bụi có kích thước nhỏ bám vào bề mặt bọt
cùng chất lỏng chảy qua cửa chảy tràn ra ngoài; còn
hạt có kích thước lớn không chui qua lỗ được thì bị
chất lỏng lọt xuống cuốn theo chảy xuống đáy nón.
Khí sạch đi lên trên ra khỏi thiết bị
Chất lỏng tiếp xúc với khí tạo thành bọt, do đó bề mặt tiếp xúc pha lớn, độ làm sạch cao.
Đối với bụi có kích thước lớn hơn 5mm hiệu suất tách lên đến hơn 99%
Làm sạch khí bằng phương pháp ướt
Thiết bị loại sủi bọt nhiều tầng
-Khả năng tách bụi phụ thuộc vào vận tốc dòng khí trong thiết bị.
- Nếu vận tốc khí nhỏ, tạo thành các bong bóng riêng biệt mà chưa hình thành bọt.
- Khi vận tốc khí đạt 0,5 -0,7 m/s thì các bong bóng chạm
vào nhau thành lớp bọt lớn nhưng không linh động, năng suất
làm việc của thiết bị còn thấp.
- Khi vận tốc đủ lớn, lớp bọt chuyển động, bề mặt tiếp xúc pha tăng lên.
- Nhưng nếu vận tốc dòng khí tiếp tục tăng lên tạo thành tia nước phụt mạnh.
-Vận tốc làm việc thích hợp nhất khoảng 1,3 – 3,0m/s. Trong
giới hạn này, lớp bọt tăng theo độ tăng của vận tốc khí.
Làm sạch khí bằng phương pháp lọc Khái niệm chung
- Cho dòng khí bẩn đi qua lớp vách ngăn xốp, khí sạch đi qua các lỗ mao quản xốp còn bụi
bị giữ lại trên bề mặt vách ngăn
- Có nhiều loại vách ngăn, việc chọn vách ngăn phải chú ý đến tính chất hóa học (ăn mòn)
của dòng khí, nhiệt độ của khí và kích thước của hạt bụi, hiệu suất tách, trong hỗn hợp khí
được giữ lại trên bề mặt vách ngăn. Trong công nghiệp thường sử dụng vải lọc: không chịu
được ăn mòn và nhiệt độ cao, dễ hỏng, thường xuyên phải thay thế, tuy nhiên giá rẻ, dễ kiếm, đơn giản.
- Vận tốc lọc khí được quyết định bởi áp suất dòng khí và trở lực của vách ngăn.
- Động lực của quá trình lọc: chênh lệch áp suất ở hai bên bề mặt lọc (P , P ). cao ck
- Năng suất của thiết bị phụ thuộc vào vận tốc lọc (lượng khí) và kích thước hạt bụi trong
hỗn hợp khí được giữ lại trên bề mặt của vách ngăn.
- Năng suất lọc: V[m3/s] là lượng khí sạch [m3] nhận được trong 1 đơn vị thời gian [s] tính
trên 1 đơn vị bề mặt lọc F [m2].
Làm sạch khí bằng phương pháp lọc
1. Thiết bị lọc bằng vải (lọc kiểu tay áo)
Cấu tạo: Có nhiều túi vải 6 gắn trên một lưới
phân phối. Các túi vải được treo trên một
khung 5, cơ cấu rung để rũ bụi 4. 1 - cửa khí bẩn vào
2 - cửa thổi khí sạch vào để làm sạch vải lọc 3 - cửa khí sạch ra
7 - vít tải tháo bụi
Làm sạch khí bằng phương pháp lọc
Thiết bị lọc bằng vải
- Khí bụi đi vào TB qua cửa 1, đi vào bên trong các túi vải từ dưới lên phân phối đều
trong các tay áo, bụi bị giữ lại trên thành túi, khí sạch được đưa ra ngoài.
- Khi bề dày lớp bụi tăng lên, trở lực cũng tăng, phải định kỳ rũ bụi bằng phương pháp cơ
học và làm sạch bề mặt vải lọc bằng cách thổi khí sạch ngược chiều qua cửa 2.
- Để thắng được trở lực của vải lọc, cần tạo ra áp suất dư cho dòng khí là khoảng 60 – 120mmH O. 2
- Vận tốc lọc chỉ có thể được xác định bằng thực nghiệm
- Vật liệu làm túi lọc có thể là giấy (60-65oC) hoặc là vải (80-90oC). Khi lọc khí ẩm, nhiệt
độ làm việc không được thấp hơn nhiệt độ ngưng tụ ẩm của không khí vì ở nhiệt độ này
túi cũng bị ẩm, làm tăng trở lực của quá trình.
- Các túi vải được thiết kế dạng tay áo để tăng bề mặt lọc.
- Thiết bị lọc bụi có thể có nhiều ngăn, luôn phiên nhau tháo bụi (lọc liên tục). Mỗi ngăn
làm việc 5 – 8 phút, rũ bụi trong khoảng 20 đến 30 giây.
Làm sạch khí bằng phương pháp lọc
Thiết bị lọc bằng vải - Nhận xét:
+ kết cấu TB đơn giản, dễ vận hành.
+ tách được khá triệt để các hạt bụi có kích thước lớn, hiệu suất đạt 90% khi tách bụi d >5μm
+ vật liệu lọc không bền dễ hư hỏng, phải thay thế thường xuyên.
+ độ ẩm, nhiệt độ, tính chất của khí vào ảnh hưởng nhiều đến quá trình lọc
+ năng suất lọc khoảng 120 m3/(h. m2)
- Phạm vi ứng dụng:
+ Tách sơ bộ hỗn hợp khí trước khi tách tinh
+ Thường làm việc với vải lọc bông (nhiệt độ < 65oC)
Làm sạch khí bằng phương pháp lọc
Thiết bị lọc bằng vải
Làm sạch khí bằng phương pháp lọc
Thiết bị lọc bằng vải
Làm sạch khí bằng phương pháp lọc
Thiết bị lọc bằng vải
Làm sạch khí bằng phương pháp lọc
Thiết bị lọc bằng vải
-Trở lực của quá trình :
-A: hệ số vật liệu của vải lọc, phụ thuộc vào
mức độ bẩn của vải lọc p
  Awn,mmH O 2
-w: vận tốc tính trên trên toàn bộ diện tích lớp lọc, m/s
-n: sỗ mũ phụ thuộc vào đặc điểm của vải lọc và độ bẩn của nó
-Đối với vải bông mịn xốp có: p   ,
2 4w ,146 , mmH O 2 -Với vải bông thô: p   6 , 7 w ,183, mmH O 2
Làm sạch khí bằng phương pháp lọc
Thiết bị lọc bằng ống sứ xốp Cấu tạo:
1- Vỏ hình trụ, 2- Ống lọc sứ xốp, 3-
Lưới gắn ống, 4- Cửa khí vào, 5- Cửa
khí ra, 6- Khí nén vào, 7- vít tháo bụi
- Vật liệu lọc có thể là các ống sứ xốp
hoặc ống kim loại 2 vỏ có đục lỗ, trong
hình vành khăn giữa 2 vỏ đổ các vật
liệu như cát, sỏi, đá, … tạo thành vật
ngăn xốp, hoặc có thể thay bằng lớp
sợi tơ nhân tạo, sợi amiăng, bông, …
Làm sạch khí bằng phương pháp lọc
Thiết bị lọc kiểu ống sứ xốp
Nguyên lý làm việc:
- Khí bụi đi từ dưới lên chui qua
vách xốp, khí sạch đi vào trong ống
và được lấy ra ngoài. Bụi được giữ
lại bám ở mặt ngoài ống và trong lớp xốp.
- Khi lớp bụi dày, trở lực lọc tăng,
cần phải rũ bụi bằng cách nén khí,
thổi ngược qua cửa 6 để rũ bụi.
- Sau một thời gian làm việc, phải làm sạch hoặc thay mới vật liệu lọc
- Nhận xét: + Cấu tạo thiết bị phức tạp, giá thành cao, trở lực lớp xốp lớn.
+ Hiệu suất đạt 100% khi tách bụi d >5μm, chịu được ăn mòn, nhiệt độ cao.
+ Sử dụng khi cần tách tinh hệ bụi d lớn.
Làm sạch khí bằng điện trường
Nguyên lý lọc điện (phương pháp lọc điện trường:
- Là phương pháp tách bụi phổ biến hiện nay
- Tách được triệt để bụi có kích thước nhỏ. Hiệu suất làm sạch cao 99% bụi d nhỏ
- Tiêu hao điện thấp, 0,1 – 0,8 kW/1000m3 khí.
- Thiết bị không quá phức tạp, trở lực nhỏ 3-150 mmH O, chịu được nhiệt độ cao, 2
ăn mòn hóa học. Khả năng cơ giới hóa, tự động hóa cao.
Làm sạch khí bằng điện trường
Nguyên lý lọc điện (phương pháp lọc điện trường:
Nguyên lý của phương pháp lọc điện:
- Cho dòng điện 1 chiều đi trong mạch điện có lắp A và nguồn E. Hai bản cực đặt song
song, giữa 2 bản cực là không khí,
+ Tăng dần E, đến khi đạt giá trị lớn (cỡ vài chục nghìn V), không khí giữa 2 bản cực sẽ bị ion hóa.
+ Tiếp tục tăng E, sẽ xảy ra phóng điện giữa 2 bản cực, bản cực bị đánh thủng, gây hỏng
mạch (phóng tia lửa điện, dễ xảy ra khi bản cực song song và có F bằng nhau)
+ Tránh tạo ra tia lửa điện: Hai bản điện cực có F khác nhau: điện cực ống + dây, tấm + dây.
Tại điện cực dây, E lớn, khả năng ion hóa mạnh hơn ở xa dây
+ điện cực dây: d = 1,5 – 2mm
+ điện cực ống: ϕ = 150 – 250 mm dài l = 3 - 4 m
Làm sạch khí bằng điện trường
Nguyên lý lọc điện (phương pháp lọc điện trường:
Nguyên lý của phương pháp lọc điện: - Sự ion hóa: + Không khí cách điện.
+ Bị ion hóa: không khí bị ion hóa (tia X, tia phóng xạ) tạo thành ion + và e tự do, khi kết
thúc tác nhân gây ion hóa, sẽ bị ngưng tụ lại.
+ Tự ion hóa: khi E > hằng số điện môi của KK, tạo ra các ion + và e và chuyển động về
hai bản cực trái dấu. E tăng, tốc độ chuyển động của các ion và e tăng.
- Điện cực dây có F nhỏ nên gần nó E lớn khả năng ion hóa mạnh nên trong các thiết bị lọc
điện, điện cực dây nối với cực (-). Tại đây, khả năng ion hóa mạnh nên có thể xuất hiện
vầng sáng và tiếng nổ lép bép nên gọi là điện cực quầng.
- Điện cực có F lớn (ống, tấm) là điện cực (+) thường được nối đất. Do bụi lắng chủ yếu
trên điện cực này nên còn gọi là điện cực lắng.
Làm sạch khí bằng điện trường
Nguyên lý lọc điện (phương pháp lọc điện trường:
Nguyên lý của phương pháp lọc điện:
- Cơ chế lắng bụi: Khi E lớn, KK tự ion hóa tạo ra các ion(+) và các e(-). Số lượng các
ion(+) ít hơn các e(-). Tại điện cực dây ion hóa mạnh hơn. Các e(-) xuất hiện tại đó nhiều
hơn. Các ion và e sẽ di chuyển về các điện cực trái dấu.
+ các ion (+) (số lượng ít) đi về cực (-), quãng đường đi ngắn.
+ các e (-) (số lượng nhiều) đi về cực (+), quãng đường đi dài.
- Trên đường di chuyển về các điện cực, các ion và e mang điện tích, va chạm với các hạt
bụi, truyền điện tích đó cho bụi, do đó số lượng bụi đi về điện cực lắng sẽ nhều hơn. Vì vậy
bụi sẽ lắng chủ yếu trên điện cực ống hay tấm, có một số ít bụi sẽ lắng trên điện cực dây.
Hiện tượng quầng nghịch:
- Bụi không dẫn điện: khi bụi rơi ra khỏi bề mặt lắng, tại ví trí đó E tăng đột biến, KK xung
quanh đó sẽ ion hóa rất mạnh, tạo quầng sáng ở điện cực lắng, hiện tượng quầng nghịch.
- Mặt khác khi đó sẽ tạo ra ion(+) đi về điện cực dây, quãng đường đi lớn sẽ va chạm với (-)
trung hòa điện, bụi sẽ không lắng được. Cần phun ẩm tăng độ dẫn điện của bụi.