Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết trình bày ảnh hưởng của đường kính xiclon, loại xiclon vận tốc đưa khí vào và đường kính hạt bụi lên hiệu xuất xử lý. Kết quả của nghiên cứu là đưa ra khuyến cáo sử dụng xiclon sao cho hiệu quả nhất và có một mô hình trực quan sử dụng trong giảng dạy môn Kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí.
Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng năm học 2020 - 2021 MƠ PHỎNG Q TRÌNH TÁCH BỤI VỚI MƠ HÌNH CYCLONE BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS SIMULATION VÀ KIỂM TRA VỚI MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM SIMULATION ABOUT PROCESS DUST COLLECTION WITH THE CYCLONE MODEL DESIGNED BY SOLIDWORKS SIMULATION SOFTWARE AND CHECK WITH REAL EXPERIMENTAL MODEL SVTH: Nguyễn Huy Sơn*, Nguyễn Văn Thanh Hà** Lớp *16MT, **17QLMT, Khoa Mơi trường, Trường đại học Bách khoa Đà Nẵng; Email: nguyenhuy.son0502@gmail.com, trachthienky560@gmail.com GVHD: TS. Lê Hồng Sơn Khoa Mơi trường, Trường đại học Bách khoa Đà Nẵng; Email: lhson@dut.udn.vn Tóm tắt – Xiclon thiết bị dùng để xử lý bụi giúp giảm thiểu ô nhiểm môi trường không khí khu công nghiệp Nghiên cứu sử dụng phần mềm Solidworks Simulation để mơ q trình tách bụi xảy xiclon sử dụng mơ hình thực nghiệm để kiểm chứng Ngồi nghiên cứu cịn trình bày ảnh hưởng đường kính xiclon, loại xiclon vận tốc đưa khí vào đường kính hạt bụi lên hiệu xuất xử lý Kết nghiên cứu đưa khuyến cáo sử dụng xiclon cho hiệu có mơ hình trực quan sử dụng giảng dạy mơn Kiểm sốt nhiễm mơi trường khơng khí Từ khóa – Xiclon; thiết bị lọc bụi ly tâm; xiclon LIOT; mô xiclon; Solidworks simulation, phân bố vận tốc, hiệu suất xử lý, tối ưu hoá Abstract - Cyclone is a device used to treat dust to help reduce air pollution in industrial zones This study uses “Solidworks Simulation” software to simulate the dust collection process that takes place inside xiclon and uses experimental models to verify In addition, the study also presents the effects of cyclone diameter, intake flow velocity and particle diameter on treatment efficiency The results of the study are to recommend the most effective use of cyclone and have a visual model used in teaching Air pollution control Key words - Cyclone; centrifugal dust collector; cyclone LIOT; cyclone simulation; Solidworks simulation; velocity distribution; collection efficiency; optimization Đặt vấn đề việc xác định hiệu suất xử lý 1.1.Hiện trạng 1.2 Một trong những vấn đề đặt ra cho Việt Nam khi bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố là cải thiện ơ nhiễm mơi trường do các chất phát sinh từ nền cơng nghiệp và hoạt động sản xuất. Chất lượng mơi trường khơng khí vấn đề quan tâm nay, ngày lượng khí thải khổng lồ được thải ra từ các hoạt động giao thơng vận tải và cơng nghiệp nhưng hầu hết các nhà máy xí nghiệp chưa xử lý hoặc xử lý chưa đạt u cầu Đặc biệt vấn đề ô nhiễm bụi đối với mơi trường khơng khí đã làm ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người và mơi trường xung quanh. Điển hình như các ngành cơng nghiệp luyện kim xi mạ, vật liệu xây dựng, sản xuất phân bón, chế biến gỗ, và các q trình sản xuất phát sinh ra bụi thơ như đập, nghiền, sàng,… Giải pháp lắp đặt thiết bị xử lý tại các nhà máy là một cơng việc cần thiết để giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường khơng khí. Xiclon la mơt thiêt bi loc bui ly tâm ̀ ̣ ́ ̣ ̣ ̣ hiên nay đ ̣ ược sử dung kha phô biên ̣ ́ ̉ ́ ở Viêt Nam và trên ̣ thế giới vì giá thành rẻ, cấu trúc đơn giản, vận hành dễ dàng và có cơng suất khá lớn. Tuy nhiên, trong q trình học tập sinh viên khó hình dung về cấu trúc và quỹ đạo chuyển động của dịng khí cũng như các hạt bụi trong xiclon, cũng như khó khăn trong tìm kiếm các loại tài liệu liên quan. Thêm vào đó hạn chế lớn nhất khi ứng dụng là các khó khăn trong Để giải quyết các vấn đề trên, nghiên cứu tập trung vào hồn thành 3 mục tiêu là xây dựng mơ hình 3D với các loại xiclon khác nhau và mơ phỏng q trình tách bụi xảy ra trong xiclon; xác định hiệu suất xử lý của một số xiclon nhằm đưa ra khuyến cáo sử dụng xiclon sao cho có hiệu quả lọc bụi cao và kinh tế nhất; sau đó kiểm tra bằng một mơ hình thực nghiệm Mục tiêu Đối tượng nghiên cứu Xiclon LIOT, Xiclon Stairmand, xiclon SN15 Thông số: Vận tốc vào, đường kính hạt bụi, đường kính thiết bị, loại xiclon Các loại bụi: mùn cưa, xi măng, bột mỳ, vụn sắt SVTH: Nguyễn Huy Sơn, Nguyễn Văn Thanh Hà; GVHD: TS Lê Hồng Sơn phỏng q trình tách bụi bằng phần mềm Solidworks Simulation Hình 1: Tiêu chuẩn xiclon LIOT Nguồn: GS. Trần Ngọc Chấn, Kỹ thuật thơng gió (2011) Sau khi khảo sát các nghiên cứu và các bài báo đã xuất bản, nhóm nghiên cứu nhận thấy nhiều nghiên cứu đã sử dụng các phần mềm mơ phỏng CFD để dự đốn chuyển động của dịng khí và quỹ đạo của hạt bụi bên trong xiclon. Và hầu hết các nghiên cứu đều đề cập đến chương trình mơ 3D – Solidworks Simulation. Trước hết phần mềm có giao diện dễ sử dụng, có thể thay đổi nhiều biến số đầu vào, ra. Thứ hai, nó cho phép làm các thực nghiệm và cho các kết quả mà khơng cần tính tốn bổ sung. Cuối cùng, Solidworks Simulation cho phép xử lý nhanh chóng cho tất cả nhu cầu của các nhà nghiên cứu, đồng thời cũng cung cấp một cách hiệu quả để nhà nghiên cứu phân tích kết cho thực nghiệm của mình. Thực hiện vẽ 3D các loại xiclon khác nhau; cài đặt mơ chuyển động dịng khí bụi trong xiclon; xuất mặt cắt phân bố vận tốc, áp suất, nhiệt độ trong xiclon. Sau đó quay video hướng dẫn và làm tài liệu hướng dẫn dạng Word Thiết lập điều kiện đầu vào với xiclon LIOT, xiclon Stairmand, xiclon SN15 đường kính D = 1600 mm: vận tốc khí vào xiclon V = 15 m/s, đường kính hạt bụi d = 10.106 mm, tỷ trọng bụi ρ = 1200 kg/m3; điều kiện môi trường áp suất P = 101325 Pa, nhiệt độ t = 30 °C 3.2 Đánh giá hiệu suất xử lý của một số xiclon Thiết lập điều kiện đầu vào với các thông số thay đổi như bảng 1: Bảng 1: Thiết lấp thông số đầu vào thực nghiệm đánh giá hiệu suất xử lý Hình 2: Tiêu chuẩn xiclon Stairmand Nguồn: GS. Trần Ngọc Chấn, Ơ nhiễm khơng khí và xử lý khí thải – Tập 2 (2001) Hình 3: Tiêu chuẩn xiclon SN Nguồn: PGS.TS Hồng Kim Cơ, Kỹ thuật môi trường (2001) Nội dụng và phương pháp nghiên cứu 3.1 Thông số Thực nghiệm 1 Thực nghiệm 2 Thực nghiệm 3 Loại xiclon LIOT LIOT LIOT, Stairmand, SN1 Đường kính xiclon D (mm) 1600 Vận tốc khí vào V( m/s) Thay đổi 12 24 18 18 Đường kính bụi δ (μm) 1 25 1 25 1 25 Khối lượng riêng bụi ρ (kg/m3) 1200 1200 1200 Áp suất môi trường P (Pa) 101325 101325 101325 Nhiệt độ môi trường (°C) 30 30 30 Xây dựng mơ hình 3D loại xiclon mô Thay đổi 5501765 1600 Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng năm học 2020 - 2021 Đường kính bé nhất mà tồn bộ cỡ hạt lớn hơn hoặc bằng đường kính này sẽ bị giữ lại hồn tồn trong thiết bị lọc và do đó người ta cịn gọi là “đường kính giới hạn” của hạt bụi. Ký hiệu δmin δmin = Trong cơng thức trên: L lưu lượng, m3/s; ρ khối lượng đơn vị của bụi, kg/m3; μ hệ số nhớ động lực của khơng khí, Pa.s; n số vịng quay, υg/s; r1 , r2 và l lần lượt là bán kính lõi, vỏ và chiều dài của thiết bị lọc, m Hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt δ của thiết bị tính theo cơng thức: η(δ) = Với: Hình 4: Bản vẽ mơ hình Hình 5: Bản vẽ 3D 1.1.1 Thực nghiệm: Sự ảnh hưởng của kích thước hạt bụi đến hiệu suất làm việc của xiclon Để khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt đến hiệu suất xử lý bụi của mơ hình, đề tài đã sử dụng loại bụi là bụi gỗ, có kích thước khác nhau Bảng 2: Các thơng số của bụi gỗ để thực nghiệm 3.3 Kiểm chứng với mơ hình thực nghiện 3.3.1 Thiết lập mơ hình Mơ hình thực nghiệm được thiết kế bằng chai nhựa loại nước lọc Aquafina 1,5L và ống xylanh có các thơng số thiết kế sau: Mẫu bụi Kích thước (µm) Khối lượng bụi thử nghiệm (g) Vận tốc khí đi vào (m/s) Khối lượng riêng của bụi kg/m3 Đường kính ống dẫn khí và bụi vào: dv = 2 cm 450280 44,31 13 210 Đường kính ống tâm: dt = 3,5 cm 28071 43,57 13 210
