Đề tài các loại máy khuấy trộn

Cánh khuấy thường được sử dụng trong các bể khuấy trộn như một phương tiện để trộn chất lỏng và huyền phù.. Cánh khuấy mái chèo cũng có thể được sử dụng để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao

Mục lục

1 Giới thiệu

Nền kinh tế càng phát triển thì vấn đề ô nhiễm môi trường càng diễn ra trầm trọng Đặc biệt, sự ô nhiễm nguồn nước đang ở mức đáng báo động Vì vậy, cần có biện pháp xử lý nguồn nước thải sản xuất trước khi thải ra ngoài tự nhiên

Có nhiều biện pháp để xử lý nguồn nước thải này, góp phần quan trọng trong

đó là khuấy trộn

Khuấy trộn là một hoạt động quan trọng trong nhiều giai đoạn khác nhau của quá trình xử lý nước thải nhằm:

• Trộn lẫn hoàn toàn chất này với chất khác

• Khuấy trộn duy trì các chất rắn lơ lửng ở trạng thái lơ lửng

• Khuấy trộn các giọt chất lỏng ở trạng thái lơ lửng

• Trộn lẫn các chất lỏng

• Tạo bông cặn

• Trao đổi nhiệt

• Thường quá trình khuấy trộn còn tạo ra được hiệu quả phụ đó là việc cung cấp thêm oxy hoà tan cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí

2 Ứng dụng

 Các máy khuấy được sử dụng, trước hết là một bộ phận trong trạm xử lý nước thải

 Chúng ngăn cản sự kết tủa của các chất kết tủa trong bể điều hoà

 Chúng cũng được sử dụng trong quá trình sinh hoá tại các nhà máy xử lý nước thải

 Ngoài ra chúng còn được sử dụng trong nông nghiệp, công nghiệp và hệ thống xử lý rác thải

 Máy khuấy được sử dụng trong:

• Hệ thống xử lý nước thải đô thị

• Hệ thống xử lý bùn, bể tạo bông, bể keo tụ

• Trạm bơm nước thải

• Nhà máy xử lý nước thải

• Xử lý công nghiệp

• Nông nghiệp

• Nhà máy khí sinh vật

• Dùng trong hệ thống xử lý nước thải

 Nhiệm vụ của chúng là làm chất lỏng chuyển động, làm đồng nhất hoá các thành phần trong chất lỏng, ngăn cản quá trình lắng, làm cho chất lỏng chuyển động theo hướng mong muốn và khắc phục lực cản của dòng chảy trong những buồng ngăn hở, mương nước

 Chúng được sử dụng để làm tăng hiệu quả quá trình vật lý và hóa học diễn ra trong chất lỏng và đặc biệt đối với chất rắn và chất khí

 Đôi khi, máy khuấy, đặc biệt là các loại tốc độ cao, được sử dụng như chống lại cặn bã trên bề mặt

3 Các loại máy khuấy

3.1 Khuấy trộn bằng cơ khí (dùng cánh khuấy)

Các cánh khuấy có hình dạng khác nhau, được lắp đặt trong máy Khi máy hoạt động cánh khuấy tạo ra sự xáo trộn dòng chất lỏng Cánh khuấy thường được

sử dụng trong các bể khuấy trộn như một phương tiện để trộn chất lỏng và huyền phù Cánh khuấy thông thường sử dụng một thiết kế mở và được gắn với một trục trung tâm được đặt ở trung tâm của bể

Bể khuấy trộn với một cánh khuấy đặt ở chính giữa

3.1.1 Các lo i cánh khu y

 Cánh khuấy mái chèo: thường dùng để hoà tan chất rắn có khối lượng riêng

không lớn, việc khuấy trộn tạo ra thuỷ động lực học cao Tốc độ khuấy chậm, bề mặt cánh khuấy lớn hơn, sử dụng phổ biến trong bể tạo bông Các lưỡi dao được làm bằng thép tấm, hàn hoặc cố định bằng bu lông trên các ổ trục và thường là 2, 3 hoặc 4 mảnh Nó có hai loại, lưỡi bằng phẳng, thẳng và lưỡi gấp Cánh khuấy gấp tiêu thụ ít điện năng hơn so với cánh khuấy bằng phẳng và thẳng Cánh khuấy mái chèo cũng có thể được sử dụng để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao, thúc đẩy sự trao đổi lên xuống của chất lỏng Tốc

độ quay của cánh khuấy là 20~100 vòng/phút, độ nhớt cao nhất là 20 Pa.s

Đặc điểm kỹ thuật:

• Số lượng cánh khuấy tuỳ theo yêu cầu, có thể có 2, 3 cánh

• Khuấy cho bể keo tụ

• Trục khuấy liên kết trục động cơ bằng ống nối đồng trục

• Ống nối bằng inox 304

• Trục, cánh khuấy bằng inox 304

• Đường kính cánh khuấy: 800 – 1200 mm

• Tốc độ: 20 – 100 vòng/phút

Ứng dụng: Khuấy trộn bể keo tụ tạo bông

Horizontal Paddle Wheel

 Cánh khuấy chân vịt (chong chóng): điều chế dung dịch huyền phù, nhũ

tương, không thể dung cánh khuấy chân vịt để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao hoặc khuấy chất lỏng trong đó có các hạt rắn có khối lượng riêng lớn, chủ yếu được sử dụng trong chất lỏng có độ nhớt thấp Hiệu quả khuấy thuỷ động lực học cao Cánh khuấy tiêu chuẩn gồm có 3 mảnh Mức độ biến động của chất lỏng là không cao khi cánh khuấy đang làm việc Đường kính của cánh quạt khuấy nhỏ, d/D = 1/4~1/3, tốc độ đầu thường là 7~10 m/s, tốc

độ tối đa có thể được 15m/s

Đặc điểm kỹ thuật:

• Số lượng cánh khuấy: 2 hoặc 3 cánh

• Tốc độ khuấy chậm: 70 – 130 vòng/phút

• Trục khuấy liên kết với trục bằng ống nối inox 304

• Trục và cánh khuấy làm bằng inox 304, 316

Ứng dụng:

• Khuấy bể phản ứng tạo bông keo tụ.

• Khuấy bể điều chỉnh PH

• Khuấy bể cân bằng bể khử Nito, khử Photpho

 Cánh khuấy tuabin: để điều chế huyền phù mịn, để hoà tan các chất rắn

nhanh hoặc để khuấy trộn các hạt rắn đã lắng cặn có nồng độ pha rắn đến 60% Turbine khuấy thuộc về khuấy chất lỏng độ nhớt thấp, nó có hiệu quả

có thể hoàn thành tất cả các hoạt động trộn và xử lý với nhiều độ nhớt của dung dịch sét Khuấy tua bin được chia thành loại mở và loại đĩa Loại mở bao gồm cánh quạt thẳng và phẳng, cánh quạt xiên, cánh quạt cong; Loại đĩa bao gồm đĩa cánh quạt phẳng và thẳng, đĩa cánh quạt xiên, đĩa cánh quạt cong, v.v… Cánh khuấy tuabin mở loại thường là 2 hoặc 4 miếng; loại đĩa là phổ biến nhất đã 6 miếng Lực cắt lớn, có thể làm cho các hạt chất lỏng phân tán rất tốt, phù hợp với độ nhớt thấp đến trung bình của chất lỏng (chất lỏng phân tán, chất huyền phù) Cánh khuấy uốn cong theo hướng dòng chảy chất lỏng, có thể giảm tiêu thụ điện năng và phù hợp với khuấy chất lỏng có chứa hạt rắn giòn

Đặc điểm kỹ thuật:

• Cánh khuấy tuabin 4 cánh, góc nghiêng 450

• Tốc độ khuấy chậm, kiểu trục khuấy đồng trục động cơ

• Trục khuấy liên kết đồng tâm với hộp giảm tốc bằng ống nối trục

• Ống nối trục được sơn phủ chống ăn mòn cao

• Trục và cánh khuấy bằng inox 304, 316 với kích thước có thể thay đổi

• Ống nối trục bằng inox 304

• Tốc độ khuấy: 100-200 rpm

• Đường kính cánh khuấy từ: 200-800mm

• Trục và cánh khuấy được lắp đặt rời nhau

Ứng dụng: Cánh khuấy được dùng cho các thể tích bể từ 0,1 – 180 m3

• Khuấy trộn bể phẩn ứng keo tụ

• Khuấy trộn bồn pha hoá chất

• Khuấy trộn hệ thống sản xuất thực phẩm

• Khuấy trộn bể chống lắng bùn cặn

3.1.2 Các thông s c b n

 Công suất theo HP:

• Năng lượng tiêu thụ bởi một cánh khuấy quay có thể dễ dàng đo được bằng

mã lực

• Mã lực có thể được áp dụng tính cho hầu hết các máy khuấy (dòng chảy rối) như sau:

SHP = Trong đó: Np là năng lượng của cánh khuấy

N là tốc độ cánh khuấy (vòng/phút)

D là đường kính cánh khuấy (IN)

S.G là trọng lượng riêng

1,53 x 1013 là hệ số chuyển đổi

• Như có thể thấy từ công thức này, thay đổi số vòng trong 1 phút hoặc đường kính cánh khuấy có tác động lớn để vận hành máy trộn Khi kiểm tra hiệu lực mã lực và gắn nó cùng với công thức cho công suất bơm, có thể lấy :

Q HP = D4/3K Trong đó: QHP là công suất dòng chảy liên tục

D là đường kính cánh quạt (inches)

K là hằng số

• Điều này có nghĩa là, nếu mã lực không đổi và chúng ta tăng đường kính cánh khuấy, (số vòng/phút phải giảm xuống) và do đó tăng D / T sẽ nhận được một tăng sự xáo trộn trong dòng chảy

• Hệ số độ nhớt: Như đã mô tả trong phần số Reynolds , khi tăng độ nhớt thì

sự tiêu hao điện có thể bắt đầu tăng lên Đơn giản chỉ cần tăng mã lực đầu vào , nhưng phải nhớ rằng sự thay đổi này làm giảm yếu tố hoạt động của bộ truyền động máy khuấy

• Tăng độ nhớt cũng ảnh hưởng đến các đặc tính dòng chảy của chất lỏng Một yếu tố điều chỉnh có thể thu được từ một kỹ sư ứng dụng máy trộn Tuy nhiên, các chất lỏng nên được kiểm tra trong phòng thí nghiệm để có được một hồ sơ các hệ số độ nhớt sẵn có

• Máy nhiều cánh khuấy :

- Máy nhiều cánh khuấy có thể được yêu cầu cho một số quy trình Điều này có thể là cấu tạo bể hoặc các đặc tính chất lỏng

- Bất kể có bao nhiêu cánh khuấy được yêu cầu hoặc lý do tại sao thì công suất của nó cũng quan trọng

 Số Reynolds: Reynolds số là một số nguyên có thể được tính toán như sau:

NRe = Trong đó: là hệ số nhớt chất lỏng (cPs)

• Công Suất là hằng số đối với từng loại cánh khuấy miễn là số Reynolds đủ cao

• Số Reynolds là chỉ số pha trộn của các loại chất lỏng

• Nếu Số Reynolds là trên 2.000, máy khuấy thường hoạt động trong chế độ chất lỏng nơi Công Suất là không đổi (dòng chảy rối)

• Khi tính toán Số Reynolds là ít hơn 1.000 (chảy thành lớp), sau đó Công Suất tăng lên khi số Reynolds giảm Trong trường hợp này, cần phải có được một Np (Công Suất ) vs Nrey (số Reynolds) đường cong từ nhà sản xuất cánh khuấy hoặc bằng cách thử nghiệm

• Các minh họa dưới đây cho thấy rằng, chúng ta đạt đến một điểm mà Công Suất bắt đầu tăng mạnh Thời điểm này phụ thuộc vào loại cánh khuấy sử dụng Số Reynolds hoặc Nrey giữa 1000 và 2000 thường được coi là "trong quá trình chuyển đổi"

 Công Suất :

• Mỗi cánh quạt của thiết kế hình học liên tục thể hiện một số đường cong thống nhất

• Khi biết tốc độ cánh quạt và đường kính, trọng lượng riêng chất lỏng, và mã lực, chúng ta có thể tính toán số cánh khuấy với công thức sau:

Np = Trong đó: SHP là mã lực (HP)

N là tốc độ (RPM)

D là đường kính cánh quạt (inchs)

S.G là trọng lượng riêng

• Đối với số Reynolds rất cao, (độ nhớt thấp) đường cong Np là thẳng

• Nhiều ứng dụng cánh khuấy là những gì chúng ta thường gọi là các ứng dụng lưu lượng kiểm soát Điều này có nghĩa là kết quả quá trình là một kết quả trực tiếp của tỷ lệ khuấy trộn hoặc dòng chảy

Hiện tượng lõm xoáy:

• Khuấy mạnh → vận tốc lớn → lực li tâm càng lớn làm cho chất lỏng chuển động dạt ra 2 bên →xuất hiện lõm xoáy →có hại cho quá trình khuấy trộn

• Biện pháp: sử dụng các tấm chắn, phá vỡ sự phân lớp đã tạo thành trong quá trình khuấy

3.2 Khuấy bằng khí nén

• Dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt thấp

• Khi tính thiết bị khuấy bằng khí nén, cần phải tính đƣợc áp suất của dòng khí, áp suất này dùng để khắc phục trở lực cục bộ, trở lực do cột chất lỏng…

�=H1� + (1 + + �0 Thành tầng – Chuyển tiếp – Hỗn loạn

Trong đó: H là chiều cao cột chất lỏng.

, là khối lượng riêng của chất lỏng và của không khí (kg/m3)

là vận tốc không khí trong ống

3.3 Máy khuấy chìm

3.3.1 c i m

• Các máy khuấy chìm có thể hoạt động trong chất lỏng ở nhiệt độ tối đa 40ºC

và ngập sâu đến 10 m

• Khi lắp đặt máy trộn chìm phải chú ý đến vị trí của nó Đặc biệt là sự cân bằng trong bể tại nơi mà các hoạt động xảy ra liên tục khi áp lực của máy khuấy bằng các áp lực bên ngoài tác động đến chiều xoay của cánh quạt Vì vậy, các áp lực bên ngoài phải được tính toán

• Ngoài ra lượng nước đưa vào bể (ví dụ như từ sự tuần hoàn) phải được tính toán Không chỉ các giá trị lưu lượng dòng chảy mà còn sự điều hướng của chúng cũng rất quan trọng

• Các máy khuấy phải đặt trong lòng chất lỏng với một tốc độ quy định để đảm bảo thời gian thích hợp của quá trình

• Từ quan điểm công nghệ pha trộn của xem, khối lượng bơm qua đường kính bên ngoài của máy trộn là không quan trọng; quan trọng là khối lượng đặt trong chuyển động với tốc độ quy định

• Theo các nghiên cứu, trục hướng tâm của đà quay chuyền cho các chất lỏng bằng cách khuấy là quan trọng Nó tương đương với lực tải cánh quạt hướng trục Vì vậy, lực hướng trục là thông số quan trọng nhất của máy khuấy và

nó được quy định tại danh mục sản phẩm

• Lực hướng trục có thể dễ dàng chuyển đổi thành hiệu quả dòng khối lượng chất lỏng (tức công suất) đưa vào chuyển động với tốc độ v quy định

• Khi nước thải được khuấy trộn, các yêu cầu tốc độ nước ít nhất là v = 0,3 m/s

• Vì vậy, "công suất thực tế" cho v = 0,3 m/s được xác lập Máy khuấy có thể chuyển động trong lượng nước này với tốc độ tối thiểu v = 0,3 m/s

• Lực trục: F (kN);

• Hiệu quả đầu ra: v = 0,3 (m/s); Q = 0,3 (m3/s);

• Công suất đầu vào động cơ: P1 (kW);

• Công suất đầu ra động cơ (ở trục động cơ): P2 (kW)

3.3.2 Mô t c u t o c a máy khu y

 Máy khuấy truyền động trực tiếp (S, SG, RHRS):

• Cấu tạo:

- Cánh khuấy: 2 hoặc 3 cánh, tự làm sạch

- Động cơ: 3 pha, 400 V, 50 Hz, lớp bảo vệ IP68, lớp cách điện F, cảm biến lưỡng kim được cài đặt trong mỗi giai đoạn, 10 m dây cáptải điện, lớp phủ bảo vệ tổng hợp Động cơ được làm mát bằng chất lỏng xung quanh

- Chống thấm: Trục có cánh bơm được bịt kín với hai van Mặt van tiếp xúc với chất lỏng là một đệm bít kín đầu trục hoạt động độc lập với chiều quay; độ bền rất cao, làm từ hợp chất Cacbon Silic hoặc Vonfram; ở phía động cơ trục cánh khuấy được làm kín bằng một vành đệm kín

- Bộ đệm: Nó giúp động cơ chống lại độ ẩm do rò rỉ

- Tấm dẫn hướng (chỉ dành cho cánh khuấy 590mm): Nó là một ống dạng trụ có cánh quạt quay trong đó Khi hoạt động thì biên độ dòng và lưu lượng được cải thiện Nó được làm bằng thép không gỉ

- Sự phát hiên chỗ rò rỉ: Các máy khuấy được trang bị một hệ thống phát hiện rò rỉ điện tử Nó cho thấy sự hiện diện của nước trong buồng đệm

•

• Vật liệu:

- Cánh khuấy:

Loại S: epocyde-tổng hợp

Loại SG: thép 1.4301

Loại RHRS: thép 1.4306

- Động cơ: gang ZL 250

- Cánh trục: thép không gỉ

- Miếng đệm kín đầu trục: SiC / SiC hoặc SiC / Co

- Miếng đệm khác: elastomer fluoric (FKM), thép 1.4301 (1,4306), Kierownica: thép 1.4301

 Máy khuấy truyền động bằng tay (UMA):

• Cấu tạo:

- Cánh khuấy: 2 cánh, tự làm sạch

- Động cơ: 3 pha, 400 V, 50 Hz, lớp bảo vệ IP68, lớp cách điện F, cảm biến lưỡng kim được cài đặt trong mỗi giai đoạn,10 m dây cáp tải điện Động cơ được làm mát bằng chất lỏng xung quanh Lớp phủ bảo vệ tổng hợp

- Bộ truyền động bằng tay: 2 hoặc 3 giai đoạn, cao độ bền giảm tốc xoắn ốc, với thân gang, bôi trơn bằng dầu tổng hợp, trục đầu ra và khớp bên ngoài làm bằng thép không gỉ, sơn bảo vệ tổng hợp

- Chống thấm: Trục có cánh bơm được bịt kín với hai van Mặt van tiếp xúc với chất lỏng là một miếng đệm bít kín đầu trục hoạt động độc lập với chiều quay;

độ bền rất cao, làm từ hợp chất Cacbon Silic; ở phía động cơ trục cánh khuấy được làm kín bằng một vành đệm kín

- Thùng chứa dầu: được đổ đầy dầu tổng hợp để bảo vệ cho thiết bị chống lại độ

ẩm và rò rỉ

- Tấm dẫn hướng (chỉ dùng cho cánh 480, 650, 800 mm): Nó là một ống dạng trụ có cánh quạt quay trong đó Khi hoạt động thì biên độ dòng và lưu lượng được cải thiện Nó được làm bằng thép không gỉ

- Sự phát hiện chỗ rò rỉ: Các máy khuấy được trang bị một hệ thống phát hiện rò

rỉ điện tử Nó cho thấy sự hiện diện của nước trong khoang dầu

• Vật liệu:

- Cánh khuấy: Epidian nhựa epoxy + sợi thủy tinh (laminate)

- Ổ trục chong chóng: thép 1,4021 (2H13)

- Động cơ: gang ZL 250

- Hộp số: gang ZL 250

- Cánh trục: thép 1,4028 (3H13)

- Miếng đệm kín đầu trục: SiC/SiC

- Miếng đệm khác: elastomer fluoric (FKM)

- Mối nối ghép bulong: thép 1.4301

- Tấm dẫn hướng: thép 1.4301

Ưu thế trong cấu tạo:

 Cáp nguồn chống thấm nước: Chống thấm ở độ sâu 30 mét Bảo vệ cáp điện với vòng đệm mềm Dây cáp nguồn với các thông số kỹ thuật đảm bảo việc phòng chống cháy nổ máy móc

 Cách điện của cuộn dây dẫn: Các lớp cách điệnđược làm bằng tay một cách cẩn thận, đảm bảo an toàn sau một thời gian dài hoạt động

 Khung động cơ ổn định: Lớp vỏ Galvanic ngăn chặn mọi sự ăn mòn điện hóa học Cáp nguồn được cố định bởi một cái nẹp chắc chắn

 Dầu cách điện: Cải thiện việc truyền nhiệt so với không khí làm mát thông thường Các động cơ có hiệu suất cao hơn và không gặp vấn đề với việc hình thành độ ẩm Thêm vào đó, nó cho phép một thiết kế nhỏ gọn hơn

 Hoạt động cảm biến rò rỉ điện tử: Phát hiện chất lỏng tồn tại trong bánh răng một cách nhạy bén, thậm chí nó có thể phát hiện nhanh chóng dù hàm lượng rât nhỏ nhất Vì vậy, sẽ không xảy ra bất kỳ thiệt hại nào

3.3.3 B i u khi n

• Cảm biến rò rỉ có thể phát hiện nước hoặc nước thải ở bên trong máy trộn

• Các thiết lập kiểm soát loại FKS kết nối với các cảm biến và được cài đặt trong một vỏ bọc kín chịu trách nhiệm cho những vị trí tiếp xúc và cảm biến kiểm soát rò rỉ

• Các thiết lập kiểm soát FKS không chịu trách nhiệm cho việc tắt mở điều khiển động cơ

• Nó cần cung cấp điện áp 230V và điện áp cung cấp này có thể không được kết nối trực tiếp từ động cơ cung cấp điện áp

• Khi điện áp 230V được cung cấp và cảm biến không thông báo có sự rò rỉ nào đối với máy và hệ thống kiểm soát, một tín hiệu được gửi chuyển tiếp – các tiếp điểm được đóng lại

• Mặt khác, khi có sự rò rỉ, mặc dù đèn báo đã sẵn sàng nhưng máy sẽ không hoạt động

• Thiết lập này là một phần không thể thiếu của một máy trộn với cảm biến rò rỉ

3.3.4 á n h giá h th n g

 Máy khuấy truyền động trực tiếp:

Loại máy khuấy: S (G) Loại máy khuấy: RHRS Loại máy khuấy: UMA Đường kính cánh khuấy:

265

Tốc độ quay của cánh

khuấy: 950 vòng /phút

Công suất động cơ: 1,5 kW

Phát hiện rò rỉ: C

Công suất động cơ:

12kW

Số cực động cơ: 4

Số cánh khuấy: 3

Mã sản phẩm: 02 Phát hiện rò rỉ: C

Đường kính cánh khuấy: 80

Tốc độ quay của cánh khuấy: 263 vòng /phút Công suất động cơ: 4kW Dẫn hướng cánh khuấy: K