- ĐỖ HỒNG PHÚC NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ CẤU TẠO CỦA THIẾT BỊ VENTURI ÁP DỤNG TRONG XỬ LÝ BỤI CỦA CƠ SỞ KHAI THÁC, CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN CÓ ÍCH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – Năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - ĐỖ HỒNG PHÚC NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ CẤU TẠO CỦA THIẾT BỊ VENTURI ÁP DỤNG TRONG XỬ LÝ BỤI CỦA CƠ SỞ KHAI THÁC, CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN CÓ ÍCH Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. - Lựa chọn thiết bị xử lý bụi cho quá trình khai thác, chế biến khoáng sản. - Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị Venturi. - Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng thiết bị Venturi. - Tình hình nghiên cứu ứng dụng thiết bị venturi. - Các hãng sản xuất thiết bị Venturi trên Thế giới. - 22CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VENTURI. - Cơ sở lý thuyết quá trình tách bụi của thiết bị venturi. - Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thiết bị. - Tính toán các thông số công nghệ và cấu tạo của thiết bị venturi. - CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH DIỄN RA TRONG THIẾT BỊ VENTURI. - 453.4. Kết quả thí nghiệm trên thiết bị Venturi. - DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Kết quả tính toán thông số công nghệ và cấu tạo thiết bị venturi ….46 Bảng 3.1: Kết quả đo đạc vận tốc dòng khí trong thiết bị venturi Bảng 3.2: Kết quả đo áp suất gây ra bởi dòng khí trong thiết bị venturi ….….58 Bảng 3.3: Bảng kết quả vận tốc dòng khí trong thiết bị venturi (m/s. - ….58 Bảng 3.4: Bảng kết quả áp suất dòng khí trong thiết bị venturi (Pa. - Sơ đồ cấu tạo lọc bụi tĩnh điện Hình 1.7: Hình ảnh mô tả quá trình làm việc của thiết bị venturi. - 24 Hình 1.8: Cấu tạo chung của thiết bị Venturi Hình 1.9: Hình ảnh thiết bị Venturi Hình 1.10: Hình ảnh mô phỏng quá trình kết tụ giữa hạt bụi và giọt nước …...26 Hình 1.11. - Hình ảnh thiết bị venturi theo được ứng dụng tại các làng nghề chế biến, sản xuất gỗ tại Việt Nam. - …..39 Hình 2.3: Đồ thị mô tả sự thay đổi vận tốc của hạt bụi trong ống Venturi…...39 Hình 2.4: Sơ đồ quy trình tính toán thiết bị venturi Hình 3.1: Hình ảnh thể hiện các nút (node. - Hình 3.2: Hình ảnh mô phỏng vận tốc dòng khí khi đi qua thiết bị venturi theo trục X-Z. - …………53 Hình 3.3: Hình ảnh mô phỏng trường vận tốc dòng khí khi đi qua thiết bị venturi theo trục Y-Z. - …..54 Hình 3.4: Hình ảnh mô phỏng vận tốc dòng khí khi đi qua thiết bị venturi theo không gian 3 chiều. - ……...55 Hình 3.5: Hình ảnh mô phỏng giá trị áp suất gây ra bởi dòng khí đi qua thiết bị venturi. - ……56 Hình 3.7: Kích thước thiết bị venturi được chế tạo. - 57 Hình 3.8: Hình ảnh thí nghiệm trên thiết bị venturi Hình 3.9: Đồ thị so sánh vận tốc dòng khí theo lý thuyết, mô phỏng CFD và thí nghiệm Hình 3.10: Đồ thị so sánh áp suất gây ra bởi dòng khí theo lý thuyết, mô phỏng CFD và thí nghiệm. - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xác định các thông số công nghệ và cấu tạo của thiết bị Venturi ứng dụng trong xử lý bụi của cơ sở khai thác, chế biến khoáng sản có ích. - Nghiên cứu tổng quan tài liệu, lý thuyết và mô phỏng CFD quá trình diễn ra trong thiết bị. - Nghiên cứu lý thuyết về thiết bị Venturi và xây dựng trình tự tính toán các thông số Công nghệ và Cấu tạo cho thiết bị Venturi. - Xây dựng mô hình CFD mô phỏng quá trình diễn ra trong thiết bị Venturi. - Thí nghiệm trên thiết bị được chế tạo thử nghiệm 2.4. - Mô phỏng một số quá trình diễn ra trong thiết bị venturi Khảo nghiệm và xử lý số liệu khảo nghiệm Phân tích và đánh giá kết quả khảo nghiệm 3. - Nghiên cứu về các thông số Công nghệ và Cấu tạo của thiết bị Venturi đã được nhiều quốc gia trên Thế giới qua tâm nghiên cứu và ứng dụng. - Một số công ty lắp đặt hệ thống xử lý bụi cho thiết bị gây bụi khu vực xưởng tuyển. - Hình 1.4: Thiết bị xử lý bụi cyclon c) Phương pháp xử lý bụi bằng màng lọc, lọc túi: Dòng khí và bụi được chặn lại bởi màng hoặc túi lọc. - Thiết bị lọc bụi túi vải được sử dụng trong trường hợp yêu cầu xử lý đạt hiệu quả cao, tuy nhiên trong quá trình sử dụng thiết bị cần lưu ý đến lưu lượng khí thải và nhiệt độ dòng khí đi vào thiết bị. - Quá trình khai thác cũng được thực hiện tại những nơi nhỏ hẹp, với lợi thế kích thước nhỏ gọn của mình, thiết bị venturi cũng phù hợp để xử lý bụi với đặc điểm này của quá trình khai thác. - Với đặc điểm của thiết bị venturi là loại bỏ được các hạt mịn với giá thành tương đối rẻ. - Vận hành tương đối đơn giản so với các loại thiết bị lọc bụi phức tạp khác. - Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị venturi là cần thiết trong công cuộc xử lý ô nhiễm, góp phần bảo vệ môi trường. - Thiết bị venturi không chỉ hữu ích trong xử lý bụi từ quá trình khai thác, chế biến khoáng sản mà trong các ngành công nghiệp khác cũng có thể được sử dụng như xử lý bụi của khí thải khói lò trong các ngành công nghiệp. - Công nghiệp luyện kim - Công nghiệp vật liệu xây dựng - Công nghiệp sản xuất phân bón - Công nghệp sản xuất giấy - Công nghiệp hóa chất Để đảm bảo được tính đồng bộ và hiệu quả xử lý bụi, thông thường thiết bị venturi được đặt phía trước thiết bị tách giọt nước, trong quá trình làm việc thiết bị venturi đóng vai trò kết tụ giữa bụi và nước, tăng kích thước hạt bụi, hạt bụi với kích thước lớn sẽ dễ dàng được tách ra khỏi dòng khí khi đi qua thiết bị tách giọt nước: Luận văn thạc sỹ Đỗ Hồng Phúc Lớp KTMT 2012B 15 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường. - Để áp dụng thiết bị venturi vào sơ đồ công nghệ xử lý khí thải, cần có sự nghiên cứu xác định được thông số công nghệ và cấu tạo của thiết bị để có thể kiểm soát được quá trình diễn ra khi thiết bị làm việc. - Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị Venturi Tính năng của thiết bị venturi Thiết bị Venturi là một thiết bị lọc bụi dạng ướt, với việc sử dụng dòng chất lỏng để làm sạch bụi. - Thiết bị Venturi được sử dụng rộng rãi trọng việc xử lý dòng khí bị ô nhiễm (ví dụ như xử lý bụi thải đúc, khói lò, sương axit) vì chúng có làm việc khá hiệu quả trong việc loại bỏ bụi và các chất ô nhiễm dạng khí. - Thiết bị Venturi hoặc động với vận tốc dòng khí khá lớn và áp suất sụt giảm ở cổ họng Venturi khá lớn. - Thiết bị như thể hiện ở hình dưới đây có hiệu quả cao trong việc loại bỏ các hạt có kích thước 0,5 – 5 µm, đặc biệt có thể sử dụng để loại bỏ bụi kết hợp với khói và hơi.[7] Hình 1.7: Hình ảnh mô tả quá trình làm việc của thiết bị venturi.(Nguồn:[5. - Cấu tạo và nguyên lý làm việc Thiết bị Venturi có kết cấu dạng ống Venturi với đặc điểm cấu tạo chung như sau: Hình 1.8: Cấu tạo chung của thiết bị Venturi Luận văn thạc sỹ Đỗ Hồng Phúc Lớp KTMT 2012B 17 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường. - Hình 1.9: Hình ảnh thiết bị Venturi Thiết bị Venturi có cấu tạo gồm 3 phần chính. - Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng thiết bị Venturi 1.6.1. - Tình hình nghiên cứu ứng dụng thiết bị venturi.[11] a) Một số ứng dụng của thiết bị Venturi Thiết bị lọc venturi là thiết bị có hiệu quả lọc bụi cao, có thể lên đến 99% hoặc hơn. - Thiết bị venturi cũng có thể được sử dụng để hấp thụ khí ô nhiễm, tuy nhiên chúng không hiệu quả như tháp đệm hoặc tháp lọc khí khác. - Khả năng xử lý khí với lưu lượng lớn ở nhiệt độ cao nên thiết bị venturi sử dụng khá hiệu quả với nhiều ngành công nghiệp. - Thực nghiệm với mô hình vật lý thiết bị venturi loại bỏ các hạt bụi từ dòng khí được thực hiện bới M.A.M Costa. - Tổn thất áp suất là một trong những thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị venturi. - Một số mô hình đã được nghiên cứu và phát triển để xác định tổn thất áp suất qua thiết bị venturi. - Johnstone và Calvert Hiệu quả thu bụi của thiết bị venturi ảnh hưởng bởi một số cơ chế hoạt động đổng thời. - Ekman và Johnstone đã tiến hành nghiên cứu các biến số ảnh hưởng đến hiệu suất thiết bị venturi ở quy mô phòng thí nghiệm. - Với thiết bị của công ty Enviroflo Engineering khí thải sẽ được gia Luận văn thạc sỹ Đỗ Hồng Phúc Lớp KTMT 2012B 23 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường. - Hình 1.12: Hình ảnh thiết bị venturi theo thiết kế của công ty Enviroflo Engineering Luận văn thạc sỹ Đỗ Hồng Phúc Lớp KTMT 2012B 25 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường. - Công ty MikroPul Hình 1.14: HÌnh ảnh thiết bị venturi theo thiết kế của công ty MikroPul Bụi và khí đi vào thiết bị venturi và tiếp tục di chuyển vào phần hội tụ của thiết bị. - Qua giới thiệu và mô tả và quá trình tìm hiểu thiết bị venturi của các hãng, có thể nhận thấy dạng kết cấu chung của thiết bị venturi, tuy nhiên mỗi hãng lại Luận văn thạc sỹ Đỗ Hồng Phúc Lớp KTMT 2012B 27 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường. - Tìm hiểu được tính năng của các thiết bị xử lý bụi. - Lựa chọn được thiết bị venturi phù hợp với nhu cầu xử lý bụi của ngành khai thác, chế biến khoáng sản. - CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VENTURI Các nhà nghiên cứu khác nhau đã thu được các phương trình dựa trên cơ học chất lỏng để dự đoán về sự tổn thất áp suất của thiết bị lọc bụi venturi. - Tỷ lệ diện tích của một thiết bị venturi giữa phần đầu vào và mặt cắt ngang cổ họng thường là 4:1. - Bởi vì năng lượng của vận tốc dòng khí cao trong thiết bị venturi được sử dụng để gia tăng quá trình phun chất lỏng và vận tốc giọt chất lỏng, do đó sự sụt giảm áp suất trong thiết bị venturi là lớn hơn so với các thiết bị thu bụi khô và ướt khác. - Điều này cũng chứng minh hiệu quả thu gom bụi liên quan tới sự sụt giảm áp suất trong thiết bị venturi.[10] 2.1. - Cơ sở lý thuyết quá trình tách bụi của thiết bị venturi Các thiết bị venturi có đặc điểm gia tăng tốc độ dòng khí thải và xé nhỏ dòng chất lỏng cải thiện quá trình kết tụ khí – nước. - Trong thiết bị venturi, phần cổ họng được thiết kế thắt nhỏ lại để tăng tốc độ dòng khí và sau đó được mở rộng ra. - bởi chất lỏng, các hạt bụi bị làm ướt và giọt chất lỏng sẽ được tách ra khỏi dòng khí bởi thiết bị tách giọt nước. - Nguyên tắc vận hành Thiết bị venturi hoạt động bởi quá trình tạo ra các giọt phân tán, và thu vào đó các hạt gây ô nhiễm. - Cơ chế chính được sử dụng Va chạm quán tính là cơ chế chính trong thiết bị venturi. - Thiết bị venturi có thể có hiệu suất thu bụi khá lớn 99% hoặc hơn, mặc dù thời gian xảy ra quá trình trong cổ họng venturi là rất ngắn (thường là vài phần nghìn giây). - Hiệu suất của thiết bị lọc bụi tỷ lệ nghịch với đường kính trung bình giọt chất lỏng, do đó hiệu suất của thiết bị sẽ tăng khi áp suất cấp nước tăng, vận tốc dòng khí trong ống venturi tăng. - Kết quả thực nghiệm đã được biến đổi thành công thức sau đây.[4]: η ΔP-1,43 Với ΔP là tổn thất áp suất qua thiết bị Venturi. - 0.11177 Hiệu suất hấp thụ bụi của ống Venturi theo Hesketh η % 88.8268 Kết luận: Hiệu suất thu bụi của thiết bị: 88,83 % Các thông số công nghệ của thiết bị venturi: Vận tốc dòng khí tại cổ ống venturi: v = 120 m/s Lưu lượng nước tưới: 0,00025 m3/m3 khí. - Tổn thất áp suất qua thiết bị venturi: 280,7376 mm H2O Các thông số cấu tạo. - CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH DIỄN RA TRONG THIẾT BỊ VENTURI 3.1. - Kết quả thực hiện quá trình mô phỏng Qua tìm hiểu về phầm mềm solidworks flow simulation, kết hợp với cơ sở lý thuyết về thiết bị venturi, tác giả đã thực hiện mô phỏng vận tốc và áp suất của dòng khí khi đi qua thiết bị venturi theo thông số đầu vào ở phần tính toán thiết bị. - Kết quả mô phỏng được thể hiện như sau: Hình 3.2: Hình ảnh mô phỏng vận tốc dòng khí khi đi qua thiết bị venturi theo trục X-Z Luận văn thạc sỹ Đỗ Hồng Phúc Lớp KTMT 2012B 46 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường. - Hình 3.3: Hình ảnh mô phỏng vận tốc dòng khí khi đi qua thiết bị venturi theo trục Y-Z Luận văn thạc sỹ Đỗ Hồng Phúc Lớp KTMT 2012B 47 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường. - Hình 3.4: Hình ảnh mô phỏng vận tốc dòng khí khi đi qua thiết bị venturi theo không gian 3 chiều Hình 3.5: Hình ảnh mô phỏng giá trị áp suất gây ra bởi dòng khí đi qua thiết bị venturi 3.4. - Kết quả thí nghiệm trên thiết bị Venturi 3.4.1. - Mục tiêu - Xác định vận tốc dòng khí khi đi qua thiết bị venturi Luận văn thạc sỹ Đỗ Hồng Phúc Lớp KTMT 2012B 48 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường. - Xác định diễn biến của áp suất gây ra bởi dòng khí khi di chuyển trong thiết bị venturi. - Thiết bị venturi 3. - Sử dụng vi áp kế nghiêng và ống pitot xác định áp suất động và áp suất tĩnh tại vị trí đầu vào và đầu ra thiết bị venturi. - Hình 3.7: Kích thước thiết bị venturi được chế tạo Hình 3.8 Hình ảnh thí nghiệm trên thiết bị venturi 3.4.3. - Kết quả thực hiện với vận tốc của dòng khí Vận tốc của dòng khí trong thiết bị venturi: Bảng 3.3: Bảng kết quả vận tốc dòng khí trong thiết bị venturi (m/s) STT Vận tốc Tính toán lý thuyết Mô phỏng CFD Thí nghiệm Luận văn thạc sỹ Đỗ Hồng Phúc Lớp KTMT 2012B 51 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường. - Kết quả thực hiện với áp suất của dòng khí Áp suất của dòng khí trong thiết bị venturi Vậntốc,(m/s)Chiềudàiventuri,(m)TínhtoánlýthuyếtMôphỏngCFDThínghiệm Luận văn thạc sỹ Đỗ Hồng Phúc Lớp KTMT 2012B 52 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường. - Từ kết quả nghiên cứu đối với thiết bị venturi, đề tài thu được các kết quả như sau: 1. - Hiểu được nguyên lý hoạt động của thiết bị venturi. - Hiểu được quá trình vật lý diễn ra trong thiết bị venturi cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của thiết bị. - Xây dựng được phương pháp tính toán thiết bị venturi cho phép xác định bộ thông số công nghệ và cấu tạo của thiết bị ứng với thông số nguồn thải đầu vào của đề tài. - Xây dựng được quá trình mô phỏng diễn biến của vận tốc và áp suất dòng khí khi đi qua thiết bị venturi. - Trên cơ sở kết quả thu được từ mô phỏng CFD và thí nghiệm trên thiết bị cho phép kết luận công thức tính toán trở lực của thiết bị venturi đủ độ tin cậy ứng dụng trong tính toán thiết kế thiết bị venturi. - Kết quả tính toán trở lực thiết bị venturi là cơ sở cho việc tính toán lựa chọn quạt ly tâm. - Mô phỏng CFD do tác giả xây dựng có thể sử dụng được trong công tác đào tạo, tính toán thiết kế thiết bị. - Phương pháp tính toán thiết bị venturi có thể ứng dụng được trong công tác thiết kế, chế tạo. - (1977), “Thiết bị xử lý tro bụi sử dụng ống Venturi trong các nhà máy nhiệt điện”, NXB « Năng lượng » Mát xcơva.)
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt