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
Phân riêng hệ khí không đồng nhất Khái niệm chung
• Hệ dị thể/hệ không đồng nhất: ít nhất có 2 pha.
• 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
Phân chia hệ khí không đồng nhất:
- Hệ cơ học: Kích thước 5 – 50mm
- Hệ ngưng tụ: Kích thước hạt của hệ ngưng tụ 0,3 – 0,001 mm
- ở dạng rắn - > hệ khói
- ở dạng lỏng -> hệ sương mù
- Hạt có kích thước bé hơn 1mm sẽ chuyển động Brown.
- Hạt 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
Phân riêng hệ khí không đồng nhất
- Các phương pháp phân riêng (tách) hệ khí không đồng nhất:
- Làm sạch bằng phương pháp lắng: dưới tác dụng của trọng lực, lực ly tâm.
- 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
I. Lắng dưới tác dụng của trọng lực 1. Tốc độ lắng
Vận tốc của của vật thể rơi 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 2 - Gia tốc trọng trường w
Trở lực của môi trường được xác định theo định luật Newtơn: 0    S F , 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
ρ : khối lượng riêng cuả môi trường, kg/m3 2 : hệ số trở lực
Phân riêng hệ khí không đồng nhất
I. Lắng dưới tác dụng của trọng lực 1. 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 : khối lượng riêng của hạt cầu, kg/m3 S  K 2 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
I. Lắng dưới tác dụng của trọng lực 1. Tốc độ lắng 24 Lắng Stokes d 2    1 2 g Re  , 0 2    w  , m / s Re 0 18m
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 m , N 0 2 d 3  d    1 2 g 3 d  w m     w  , m / s 0  1 2g 6 0 18m 6 , 3 2 m 81 , 9 2 m d  3  3 , 3 3 , max (*)         2  1 2  2  1 2  m
Phân riêng hệ khí không đồng nhất
I. Lắng dưới tác dụng của trọng lực 1. 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 m S 0  , N l 1  A 0 d 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 18m  d 
Phân riêng hệ khí không đồng nhất
I. Lắng dưới tác dụng của trọng lực 1. Tốc độ lắng 5 , 18
Chế độ chảy quá độ ,
0 2  Re  500    Re dg   1  Vận tốc lắng: w  072 , 0 2 , m / s 0 m
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
I. Lắng dưới tác dụng của trọng lực 1. Tốc độ 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
I. Lắng dưới tác dụng của trọng lực 1. Tốc độ 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 số Archimedes (Ar) 3   2 4  1 2 4gd    1 2  w  , m / s    gd w 0 0 3  3 2 2 3 4    2  1 2 2 dw  2   Re  gd 0 2 Re  2 m 3 m 2 2  4   2 d 3 2  1 2   Re  g 2 3m 2 3 2 Ar   Re 4
Phân riêng hệ khí không đồng nhất
I. Lắng dưới tác dụng của trọng lực 1. Tốc độ lắng
Phân riêng hệ khí không đồng nhất
I. Lắng dưới tác dụng của trọng lực 1. Tốc độ lắng d 3     1 2  Ar 2  g 2 m 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 m m  1 =0,58 cho thanh dài w   , m / s d  , 1 242 , m 0 tđ  
=0,43 cho hạt có dạng tấm d2 1
Phân riêng hệ khí không đồng nhất
I. Lắng dưới tác dụng của trọng lực 2. Năng suất lắng V fw, m3  / s s vận tốc lắng w . 0 l H vận tốc khí w w   thời gian lắng :  và w0  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
I. Lắng dưới tác dụng của trọng lực 3. Thiết bị:
3.1. 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
3.2. Buồng lắng 1- tấm chắn 2, 6 - cửa điều chỉnh 4, 5 - rãnh dẫn khí 7 - cửa tháo bụi
Phân riêng hệ khí không đồng nhất
3.2. 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 buồng lắng khoảng từ 40 đến 100mm
- Vận tốc chuyển động của hạt được giới hạn:    1 2   d w 6 , 3 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 1. Thân hình trụ 2. Đáy hình trụ 3. Ống tháo khí
4. 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)
Phân riêng hệ khí không đồng nhất
Lắng dưới tác dụng của lực ly tâm
- 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 nhờ vít tải 5.
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 dụng của lực ly tâm theo hướng quay. mw2 - Lực ly tâm : C  , N r w 2
m: khối lượng của vật thể, kg
w: vận tốc quay của vật thể, m/s gia tốc ly tâm: r r: bán kính quay, m w2
Yếu tố phân ly là tỉ số giữa gia tốc C K   P
phân ly và gia tốc trọng trường: rg G
K - là tỉ số giữa lực ly tâm và trọng lực p
vận tốc lắng ly tâm = vận tốc lắng bằng trọng lực nhân với yếu tố phân ly K . p