Thực nghiệm, thiết kế bể lắng sơ cấp trong công đoạn xử lý nước thải cho nhà máy giấy

Độc tính từ nước thải của các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy là do sựhiện diện một hỗn hợp phức tạp các dịch chiết trong thân cây bao gồm: nhựa cây, các acidbéo, lignin… và một số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-o0o -NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quốc Hoàng Số hiệu sinh viên: 20103016 Khóa: K56

Ngành: Máy & Thiết bị Công nghiệp Hóa chất Viện Kỹ thuật hóa học

Họ và tên cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Trung Dũng

I Đầu bài thiết kế:

“ Thực nghiệm, thiết kế bể lắng sơ cấp trong công đoạn xử lý nước thải cho nhà máy giấy”

II Các số liệu ban đầu:

- Năng suất xử lý: 2500 m3/h

- Các thông số khác sinh viên tự tìm hiểu

III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Tổng quan về ngành công nghiệp giấy

- Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải

- Các phương pháp thiết kế

- Thực nghiệm và kết quả

- Tính toán thiết kế bể lắng dựa vào kết quả thực nghiệm

IV Các bản vẽ: (Yêu cầu các bản vẽ trình bày trên khổ giấy A o )

- Bản vẽ sơ đồ công nghệ

- Bản vẽ các thiết bị chính: Bể lắng răng cào và cắt trích các chi tiết

V Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 14/02/2016

VI Ngày hoàn thành đồ án: 13/6/2016

Hà Nội, ngày 13 tháng 6 năm 2016

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Trung Dũng đã tận tâm hướngdẫn em qua từng buổi thí nghiệm cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về nội dung,phương pháp trong nghiên cứu khoa học và thực hiện đồ án Nếu không có những lờihướng dẫn, dạy bảo của thầy thì đề tài tốt nghiệp lần này của em rất khó có thể hoàn thiệnđược.

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, do kiến thức cũng như kinh nghiệmthực tiễn vẫn còn chưa hoàn thiện nên khó tránh khỏi sai sót, em kính mong nhận được ýkiến đóng góp của các Thầy Cô để có thể học thêm được nhiều kinh nghiệm, tự hoànthiện mình, và sẽ hoàn thành tốt hơn đồ án tốt nghiệp này

Em xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 6 năm 2016

là do hoạt động sản xuất công nghiệp và ý thức của con người Việc khan hiếm nguồnnước ngọt đã và đang gây ra hậu quả hết sức nghiêm trọng đến môi trường, hệ sinh thái,các loài sinh vật, trong đó có con người Cũng như các ngành công nghiệp khác, ngànhcông nghiệp giấy đang phát triển không ngừng, nhu cầu về giấy hiện nay là rất lớn vàchủng loại sản phẩm ngày càng đa dạng.

Công nghệ sản xuất bột giấy chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế, nhu cầusản phẩm giấy càng tăng Giấy đáp ứng nhu cầu bức thiết trong cuộc sống con người đểphục vụ nhiều mục đích khác nhau: giấy viết, giấy in, giấy bao bì, sinh hoạt… Tuy nhiênnếu lượng nước thải nay thải ra mà không qua xử lý thì sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến môitrường nước Độc tính từ nước thải của các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy là do sựhiện diện một hỗn hợp phức tạp các dịch chiết trong thân cây bao gồm: nhựa cây, các acidbéo, lignin… và một số sản phẩm lignin đã được clo hóa có trọng lượng phân tử thấp Cácchất từ dịch chiết ra có khả năng gây ức chế đối với cá Khi xả trực tiếp nguồn nước thảinày ra ngoài kênh rạch thì sẽ hình thành từng mảng giấy nổi lên trên mặt nước, làm chonước có độ màu khá cao và hàm lượng DO gần bằng không Điều này không những gâyảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống của sinh vật mà còn dán tiếp ảnh hưởng đến sứckhỏe con người Chính vì lí do cấp thiết đó em chọn đề tài nghiên cứu, thiết kế hệ thống

xử lý nước thải cho nhà máy giấy

Trong quá trình xử lý nước thải ở nhà máy giấy công đoạn xử lý bùn trước khi đưa đi sử

lý sinh học là vô cùng quan trọng Do tính cấp thiết của nó trong việc xử lý nước thảicông nghiệp nhà máy giấy em thực hiện đề tài

“Thực nghiệm, thiết kế bể lắng sơ cấp trong công đoạn xử lý nước thải cho nhà máy giấy”.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Vài nét về công nghiệp giấy Việt Nam và nhà máy giấy Bãi Bằng.

1.1.1.Tổng quan ngành giấy Việt Nam.

Ngành giấy là một trong các ngành được hình thành từ rất sớm ở Việt Nam khoảngnăm 284 Từ giai đoạn này đến đầu thế kỷ 20 giấy được làm bằng phương pháp thu công

để phục vụ cho việc ghi chép, làm tranh, vàng mã…

Năm 1912 nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp công nghiệp đi vàohoạt động với công suất 4000 tấn giấy/năm tại Việt Trì Trong thập niên 1960 nhiều nhàmáy được đầu tư xây dựng nhưng hầu hết có công suất nhỏ(dưới 20000 tấn/năm) như nhàmáy giấy Việt Trì, nhà máy bột giấy Vạn Điểm, nhà máy giấy Tân Mai, nhà máy giấyĐồng Nai…Năm 1975 tổng công suất thiết kế ngành giấy Việt Nam là 72000 tần/nămnhưng do ảnh hưởng của chiến tranh và mất cân đối giữa lượng sản suất bột giấy và giấynên chỉ đạt sản lượng 28000 tấn/năm

Năm 1982 nhà máy giấy Bãi Bằng do chính phủ Thụy Điển tài trợ đã đi vào sản xuấtvới công suất thiết kế là 53000 tấn bột giấy/năm và 55000 tấn giấy/năm với dây chuyềnsản xuất khép kín sử dụng công nghệ cơ-lý và tự động hóa Nhà máy cũng xây dựng đượcvùng nguyên liệu cơ sở hạ tầng, cơ sở sản xuất phụ trợ như điện hóa chất và trường đàotạo nghề phục vụ cho hoạt động sản xuất

Hiện nay ngành giấy đang có những bước chuyển đổi để đáp ứng với nhu cầu hiện tại.Tuy ngành giấy có những bước phát triển nhưng sản lượng giấy vẫn chưa đáp ứng đủ nhucầu và vẫn còn phải nhập khẩu Ngành giấy đóng góp lớn vào nền kinh tế quốc dân

Do đặc điểm của ngành sử dụng lượng nước và hóa chất lớn và lượng nước thải chứahóa chất và các chất vô, cơ hữu lớn nên càng làm tăng thêm phần bức bách sự ô nhiễmmôi trường, ảnh hưởng đến mỹ quan và sức khoẻ cộng đồng

1.1.2.Nhà máy giấy Bãi Bằng.

Bãi Bằng là một doanh nghiệp nhà nước sản xuất bột giấy và các sẩn phẩm giấy của

Việt Nam Năm 2006 công ty giấy Bãi Bằng trở thành một thành viên của tổng công tygiấy Việt Nam, đóng góp hơn 50% sản lượng giấy in và giấy viết của tổng công ty này.Nhà máy Bãi Bằng được thành lập vào cuối năm 1982 với sự giúp đỡ về tài chính vàcông nghệ của chính phủ Thụy Điển Ban đầu, Bãi Bằng chi có một nhà máy sản xuấtgiấy

Năm 2002, nhà máy được mở rộng nâng công suất từ 48.000 tấn bột, 55.000 tấn giấylên 61.000 tấn bột và 100.000 tấn giấy

Năm 2004, 16 lâm trường cung cấp nguyên liệu làm bột giấy vốn trước kia thuộcCông ty Nguyên liệu giấy Vĩnh Phúc được sáp nhập vào Bãi Bằng Công ty còn sản xuất

cả phân bón vi sinh từ phế thải của quá trình sản xuất giấy

Trong năm 2011, TCT phấn đấu đạt mục tiêu sản xuất và tiêu thụ 315 nghìn tấn giấycác loại Tăng năng suất rừng trồng đạt từ 100 đến 120 m3/ha/chu kỳ trong thời gian tới.Trong năm 2011 phấn đấu đạt giá trị xuất khẩu 45 triệu USD trong năm 2011, hằng nămlượng giấy nhập khẩu phục vụ các nhu cầu giấy in, giấy viết vẫn còn khá lớn, khoảng từ

240 đến 250 nghìn tấn

Dịch đenNước, NaOH Chặt, băm nhỏ thành dăm

Nghiền nhảoRửa

Nguyên liệu thô (keo,bạch đàn,mảnh mua…)

1.2 Dây truyền sản xuất giấy của nhà máy giấy bãi bằng.

Giai đoạn sản xuất bột giấy và giấy.

 Giai đoạn sản xuất bột giấy

 Nghiền bột.

• Nghiền bột từ sợi tái chế

Máy nghiền bột cơ học được sử dụng để nghiền giấy, trộn nước và chuyển hóa thànhmột hỗn hợp đồng nhất, có thể bơm như nước Các chất nhiễm bẩn nặng như cát, sỏi…được thải bỏ khi chảy lơ lửng trong hệ thống máng Từ đây các chất nặng sẽ lắng xuống

và lấy ra hệ thống theo định kỳ Sợi được phân loại riêng dưới dạng huyền phù nhẹ, sau

đó được chảy qua một loạt các sàng lọc có lớp tấm đục lỗ Ở đây các chất nhiễm bẩn nhẹhơn nhưng lớn hơn sợi sẽ bị loại ra Trong một số quy trình công nghệ cần phải có mộtsản phẩm thật sạch, thỳ phải có một loạt các cyclo làm sạch sau các màng lọc Ở côngđoạn này phải sử dụng một máy lọc tinh cơ học hoặc khử mảnh vụn nhằm đảm bảo saocho các sợi tách rời nhau và có thể tạo ra đủ độ bền liên kết giữa các sợi trong giấy Cáchsản xuất này phù hợp trong việc sản xuất các loại bao gói

• Nghiền bột hóa học và bán hóa học

Trong nghiền bột hóa học và bán hóa học, nguyên liệu được xử lý với hóa chất ở nhiệt

độ và áp lực cao Mục đích của quá trình xử lý này là nhằm hòa tan hoặc làm mềm thànhphần chính của chất lignin liên kết các sợi trong nguyên liệu với nhau, đồng thời lại gây ra

sự phá hủy cáng ít càng tốt đối với thành phần cellulose (Tăng độ dai của sợi) Cách xử

lý này được tiến hành trong nồi áp suất, có thể vận hành theo chế độ liên tục hoặc theotừng mẻ

Sau khi chưng nấu, hóa chất chuẩn bị cho quá trình tạo bột giấy được chuyển vào vàđóng nắp lại Ở những chất lỏng màu đen (Nước thải dịch đen) sẽ thải bỏ bởi những ốngtháo nước, Bột giấy được cô cạn sau đó rửa, nước rửa này có thể xả bỏ, tái sử dụng haycho quay trở lại quá trình phân tách tái tạo ban đầu Trong quá trình rửa bột giấy, do điqua máy lọc sạch nên những mảnh gỗ và các chất không bị phân hủy sẽ bị loại bỏ Saukhi được dẫn vào bộ phận khử nước bao gồm một lưới chắn hình trụ (gọi là lưới gạn bộtgiấy) xoay quanh đường dẫn bột giấy vào Sau khi khử nước hỗn hợp được chuyển sang

bể tẩy trắng, ở đây hỗn hợp được xáo trộn trong nước ấm hòa tan dung dịch canxihypochlorite Ca(OCl)2 hay hydrogen peroxide Sản phẩm sau quá trình này là sản phẩmbột giấy có thể bán hay tái tạo trong công nghiệp làm giấy

 Giai đoạn làm giấy.

Quá trình làm giấy bao gồm trước tiên là chọn lựa sự xáo trộn thích hợp của bột giấy(gỗ vải cũ, cây lanh, sợi đay, báo cũ,…) Hỗn hợp bột giấy bị phân hủy và xáo trộn trongmáy nhào trộn hay những thiết bị nhồi với thuốc nhuộm, để chất lượng sẩn phẩm giấy saucùng đạt chất lượng tốt, người ta cho hồ vào để lấp đầy những lỗ rỗng do bọt khí có trongbột giấy Bột giấy được tinh chế trong phểu hình nõn lõm cố định, bên trong và bên ngoàihình nón gắn những con dao cùn, máy có tốc độ quay điều chỉnh được với mục đích xáotrộn và điều chỉnh đồng dạng quá trình làm giấy Cuối cùng bột giấy được lọc qua lướichắn để loại bỏ những dạng vón cục làm giảm chất lượng của giấy Kế tiếp bột giấy đượcchuyển qua lưới chắn trên những dây đai của những lưới chắn và mang vào máy cán

Nước loại bỏ trong giai đoạn này là nước thải xeo do màu của nước nên người ta còngọi là nước thải dòng trắng Khuôn in giấy bao gồm những máy cán sau: máy cán gạn lọc

để loại bỏ những giấy không chất lượng, cán hút để loại bỏ nước, ép và cán khô khử phầnnước còn lại trước khi cho ra giấy, và cuối cùng là cán hoàn tất để định hình cuối cùng làsản phẩm giấy Sản phẩm giấy cuối cùng dùng với nhiều mục đích như giấy in, báo, giấygói, giấy viết, giấy thấm, giấy gói thực phẩm không thấm,…

Nước rửa

Thành phẩm

Sấy

Nấu nguyên liệu

Nguyên liệu thô (Tre, nứa, gỗ)

Xử lý nguyên liệu, bóc vỏ ướt

RửaNghiền bột (Phương pháp cơ học hoặc hóa học)

Tẩy trắng

Xeo giấy (Tạo hình giấy)

Nước rửa

Nước thải sau khi rửa

Dịch đenHơi nấu

1.3.1 Phát tán khí thải.

Mùi hôi là vấn đề ô nhiễm không khí chủ yếu ở quá trình sản xuất giấy Kraft Quátrình này tạo ra hydro sulphide nặng mùi, mercaptan melthy, dymetyl sulphyde vàdimethydphide Clo nguyên tử và clo dioxide phát tán với lượng nhỏ từ các công đoạnkhác nhau của một phân xưởng tẩy, như các máy tuyển, các tháp nước, các lỗ thông hơi

bể chứa, và các cống rãnh Nói chung các nồng độ này không đáng kể nhưng các khí thải

có mùi hôi và khó chịu Loại khí thải có mùi hôi khác do các hydrocacbon tạo ra, khi kếthợp với các cấu thành chiết xuất từ gỗ như: tecpen, các acid béo và các acid rosin cũngnhư các chất có trong nhiên liệu, dùng các chế bến và chuyển hóa Tuy nhiên với hàmlượng không cao

1.3.2.Chất thải rắn

Chất thải rắn được sinh ra dưới dạng bùn, tro, chất thải gỗ, các chất loại bỏ Nguồnchính của chất thải rắn là bùn cặn trong nước thải do quá trình lắng động và xử lý sinhhọc dòng thải Chất thải từ vỏ cây và gỗ chiếm một lượng đáng kể, nhưng thường đượcdùng để đốt Tro sinh ra từ các nồi hơi cũng đáng kể Các chất thải khác là các chất loại

bỏ ở các tấm sàng lọc và các bộ phận làm sạch ly tâm, và các chất khác

1.3.3.Nước thải.

Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy là những công nghệ sử dụng nhiều nước Tùytheo từng công nghệ và sản phẩm lượng nước cần thiết để sử dụng sản xuất 1 tấn thường

từ 200 đến 500 m3 Nước sử dụng cho công đoạn nấu rửa tẩy xeo và cung cấp hơi nước

 Các dòng thải chính của nhà máy sx bôt giấy và giấy:

• Dòng thải rửa nguyên liệu bao gồm chất hữu cơ hòa tan, đất đá, thuốc bv thựcvật, vỏ cây

• Dòng thải của quá trình nấu rửa chứa chất hữu cơ hòa tan , các hóa chất nấu và 1phần sơ xợi Dòng thải có màu tối nên gọi là dịch đen Dịch đen có nồng độ chấtkhô khoảng 25-35%, tỷ lệ giữa chất vô cơ và hữu cơ là 70:30 Thành phần hữu

cơ trong dịch đen chủ yếu là lignin hòa tan vào dd kiềm ( 30-35% hàm lượngchất khô) , ngoài ra là những sản phẩm phân hủy hydratcacbon axit hữu cơ.Thành phần vô cơ bao gồm những hóa chất nấu 1 phần nhỏ NaOH, Na2S tự do,Na2SO4,Na2CO3

Nước thải sx bột giấy

Hố thu gom

Bể lắng cát

Nước thải xeo giấy

Bùn hồi lưuSân phơi cát

• Dòng thải từ công đoạn tẩy bằng phương pháp hóa học và bán hóa học chứa cáchợp chất hữu cơ, lignin hòa tan, và những hợp chất tạo thành của của những chất

đó với chất tẩy ở dạng độc hại , có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sốngnhư hợp chất clo hữu cơ Dòng thải có độ màu , BOD5, COD cao

• Dòng thải từ quá trình nghiền bột xeo giấy chủ yếu là xơ sợi mịn, bột giấy ở dạng

lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông phẩm màu cao lanh Nước thải côngnghệ xeo giấy được tách ra từ các bộ phận của máy xeo giấy như khử nước épgiấy Phần lớn dòng thải tuần hoàn sử dụng trực tiếp cho giai đoạn tạo hình giấyhay cho giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu vào máy xeo giấy hoặc có thể gián tiếpsau khi nước thải qua hệ thống bể lắng để thu hồi giấy và xơ sợi Nước tuần hoànnhiều lượng chất ô nhiễm càng tăng

• Nước ngưng của hệ thống cô đặc trong hệ thống thu hồi xử lý hóa chất từ dịchđen , mức độ ô nhiễm của nước phụ thuộc vào loại gỗ và công nghệ sản xuất

• Nước thải sinh hoạt

Kết luận:

• Do lượng nước thải trong nhà máy có rất nhiều do nhiều nguồn thải ra như vậy cần

có hệ thống xử lý nước thải để không gấy ô nhiễm môi trường

• Ngoài ra hệ thống xử lý nước thải ngoài nhiệm vụ xử lý nước thải chúng ta còn cóthể tận dụng bùn thải làm phân vi sinh vừa không gây ô nhiễm môi trường còn làm

ra lợi nhuận cho công ty

Chính vì vậy đề tài của em là tính toán thiết kế bể lắng và máy ép bùn xử lý bùn chohệ thống làm phân vi sinh Ta đề xuất sơ đồ hệ thống xử lý môi trường và sản xuất phân

vi sinh

1.4 Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải của nhà máy giấy Bãi Bằng.

Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của nhà máy Bãi Bằng:

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG MSSV: 20113016 Page 13

Ở đây do cách tiếp cận của ngành máy và thiết bị trong công nghiệp hóa chất và ngànhcông nghệ môi trường là khác nhau Đề tài của em thiên về tính toán chi tiết cấu tạo thiết

bị và dây chuyền nên đồ án của em sẽ xoay quanh công đoạn tính toán thiết bị bể lắng I

và máy ép bùn trong dây chuyền Cụ thể như sơ đồ dưới đây:

Bùn thải

Bùn hồi lưu bểAerotank

Máy ép bùn

Bể nén bùn

Bể chứa bùn

Bể lắng I

PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THIẾT BỊ LẮNG

KIỂU RĂNG CÀO 2.1.Giới thiệu bể lắng răng cào.

Thiết bị lắng kiểu răng cào là thiết bị để phân tách một phần lỏng ra khỏi huyền phù

là chất lỏng sạch Đáy của thiết bị được thiết kế nghiêng sao cho vật liệu có thể lắng và bịtrượt vào trong tâm của hình côn Nhưng thường là độ nghiêng nhỏ và được trợ giúp bởinhững cách gạt kiểu răng cào

Hình 1: Cấu tạo bể lắng răng cào

Theo Col và Clevenger thì có thể chia làm 4 vùng trong thiết bị lấy kiểu răng cào làmviệc liên tục

Hình 2: a, Vùng lắng trong bể lắng b,Đồ thị lắng theo nồng độ

- Vùng I: lớp lỏng trong Đó là lỏng phân tách từ huyền phù và thu hồi như là dòng cửatràn Khi dòng cấp chúa nhiều hạt rất nhỏ thì vùng I có thể đục trừ khi chúng ta thêmcác chất trợ lắng Chiều cao vùng I phụ thuộc vào lượng chất trợ lắng cho thêm vào.Thông thường nó có thể duy trì ở độ cao nhỏ nhất 0,5 ÷ 1 (m), khi vùng I bị chiếm vớinhiều các chất lỏng thì chúng ta có thể nói rằng là thiết bị lắng kiểu răng cào khônglàm việc được

- Tiếp theo là vùng lỏng trong là vùng II gọi là vùng lắng bị cản trở ở vùng này có hàmlượng các hạt có nồng độ cao và lắng với tốc độ lắng không đổi Theo Coe vàClevenger thì vùng này hàm lượng lắng hạt nằm giữa hàm lượng pha rắn trong dòngcấp và hàm lượng pha rắn của quá trình lắng mà có sự cản trở lớn nhất Có nhiều bàibáo và thực tế đã chúng minh rằng trong quá trình làm việc thông thường thì hàmlượng pha rắn của vùng II phụ thuộc vào tốc độ của dòng cấp hơn là hàm lượng pharắn Hàm lượng pha rắn của vùng II là thấp nếu như tốc độ dòng cấp là thấp và nó sẽtăng lên cùng với sự tăng của tốc độ dòng cấp, và nó sẽ đạt được giá trị lớn nhất khi

mà các chất rắn lắng tại tốc độ có thể lấy lớn nhất trong vùng này Nếu các hạt rắnđược cấp tại tốc độ cao hơn giá trị lớn nhất này thì hàm lượng pha rắn của vùng II tiếptục được răng lên và như vậy thì vùng II sẽ không thể lắng được nhưng sẽ lắng trong

vùng I Như vậy nếu như hàm lượng pha rắn đạt đến hàm lượng pha rắn lớn nhất ởvùng II, thì khi đó năng suất lắng của vùng II sẽ tăng

- Phía dưới vùng II là vùng được đặc trưng là vùng III được gọi là vùng chuyển tiếp bởi

vì nó được tạo ra từ quá trình chuyền hàm lượng pha rắn bằng hằng số đến quá trìnhlắng nén ép, tuy nhiên vùng này rất khó xác định Một vài các nhà nghiên cứu khác(Coming, Stevenger, Ecklund, Jernquist) thì coi như vùng này không có và chỉ có đútgãy giữa vùng II và vùng IV

- Vùng IV là vùng vùng đáy (gọi là vùng nén ép) Tại vùng này thì chứa các pha rắn bị

xa lắng và do áp suất của toàn bộ các vùng trên sẽ tạo ra một vùng có sự thay đổi nồng

độ Coming thì chia vùng IV thành 2 vùng gồm vùng nén trên và vùng nến dưới (vùnglàm việc của răng cào, nơi mà có sự chuyển động của răng cào) Hàm lượng pha rắncủa sản phẩm đáy chính là hàm lượng pha rắn tại đáy của vùng nén ép, nó phụ thuộc

độ dày của vùng IV Thời gian lưu cũng được đề cập bởi Coming Độ dày của mỗivùng trong thiết bị lắng kiểu răng cào phụ thuộc vào đặc trưng lắng của bùn Coe vàClevenger định nghĩa về năng suất chuyển của mỗi vùng như là lượng rắn đi qua trênmột đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian Họ cũng chỉ ra rằng vận tốc lắng là sốhàm lượng pha rắn trong bùn và do đó nó cũng là năng suất chuyển

Ở trạng thái làm việc ổn định và không có chất rắn đi trong dòng chảy tràn thì dòngpha rắn đi qua các vùng là như nhau Vì vậy, các vùng này với năng suất chuyển nhỏ hơn

sẽ cho năng suất lớn hơn

Chúng ta có thể nói rằng một thiết bị lắng kiểu răng cào làm việc quá tải nếu như cáchạt rắn đi quá tải Theo DIXON, có 3 trường hợp làm cho thiết bị lắng kiểu răng cào quátải :

1 Khi đường cổng chứa nhiều hạt rắn rất nhỏ và không thể lắng được

2 Khi tốc độ vùng cấp vượt quá năng suất lắng của vùng

3 Khi tốc độ đường cấp lớn hơn tốc độ tháo Trong trường hợp này thì các hạt rắn

sẽ tích lũy trong thiết bị kiểu răng cào và bị đẩy lên vùng I

Hình 3 chỉ ra các kiểu mô tả quá trình và các biến điều khiển cuả thiết bị lắng kiểu răngcào Trong hình:

• C là độ sâu của vùng nước trong (vùng I);

• H là độ sâu của vùng lắng;

• ZC là độ sâu của vùng nén ép (vùng IV);

• là tốc độ dòng cấp chất trợ lắng;

• D là tốc độ khối lượng pha rắn trong dòng tháo đáy;

• F là tốc độ khối lượng pha rắn trong dòng cấp;

• là phân bố kích thước hạt trong dòng cấp;

• Q là lưu lượng theo thể tích bùn;

• Φ là phần phế thải của pha rắn;

• F,O, D là chỉ số dưới của dòng cấp, dòng chảy tràn và dòng tháo

Hình 3: Các tham số trong thiết bị lắng liên tục

Tham số điều khiển

Tham số đầu raTham số đầu vào

2.2.Các phương pháp thiết kế

2.2.1.Phương pháp Mishler

Đây là phương pháp dự đoán năng suất của một thiết bị khuấy răng cào được pháttriển bởi Misher 1912 Nó là một phương pháp đơn giản

Xem xét thiết bị làm việc ở trạng thái ổn định như Hình 4

Hình 4: Cân bằng vật chất trong thiết bị lắng liên tục theo Mishler

Ta có : Cân bằng vật chất của H2O và pha rắn như sau

Trong đó:

• F, D: Tốc độ khuất pha rắn trong dòng cấp và dòng tháo dưới đáy;

• O: Tốc độ dòng nước trên cửa chảy tràn;

• DF , DD : Độ pha loãng trong dòng cấp và dòng tháo đáy;

Độ pha loãng là tỷ số khối lượng của H2O/Khối lượng pha rắn

Tốc độ theo thể tích của nước tại dòng chất lỏng tràn là :

( F D)

O

f

F D D Q

Do đó tốc độ này chính bằng tốc độ giảm của bề phân riêng H2O huyền phù trong thínghiệm lấy gián đoạn

Chúng ta gọi σI ( DF ) là tốc độ dòng lắng của pha rắn, thì

F

D f I

F

F D

S

D D Q

F D D S

• S: Diện tích lắng kiểu răng cào

• F: Lượng lương khối lượng của pha rắn trong dòng cấp

• DF, DD : Độ pha loãng trong dòng cấp và trong dòng tháo đáy

• σI ( DF) : Là giá trị tuyệt đối của tốc độ bề mặt phân chia H2O huyền phù trong dòng gián đoạn tại đó pha loãng DF

Nếu F tính bằng tấn ; σI (ft/min) ; ρF (lb/ ) thì:

Phương pháp này bao gồm xác định các thông số trong phòng thí nghiệm để tìm ra tốc

độ lắng ban đầu của huyền phù và áp dụng công thưc (6) để tìm ra diện tích S

Như đã thảo luận thì hàm lượng pha rắn của vùng II không giống như hàm lượng pharắn trong dòng cấp => công thức (4) sẽ không chính xác => Phương pháp Mishler choviệc thiết kế thiết bị lắng kiểu răng cào cũng không chính xác

2.2.2.Phương pháp COE

Phương pháp này giả sử tại vùng II của thiết bị với nồng độ pha loãng là Dk có năngsuất chuyển là nhỏ nhất Do đó độ pha loãng của vùng này là không biết trước, nên phảigiả thiết để tính toán cân bằng vật chất với độ pha loãng Dk khác nhau như trong hình 5:

Hình 5: Cân bằng vật chất trong thiết bị lắng liên tục theo COE và Clevenger

Tốc độ theo thể tích của nước được đo từ vùng có độ pha loãng Dk cho đến khi huyềnphù có độ pha loãng DD

( F D);

k

f

F D D Q

k

k D D

Người ta định nghĩa UA0 là diện tích đơn vị cơ sở như là nghịch đảo năng suất của pharắn nhỏ nhất

DC là độ pha loãng tới hạn.

Taggart và Dalstrohm và Fitch sử dụng ρF =62,4 (lb/ ); σI (ft/h) thì AUO (

I o

D D

ft shorttons day D

(1 )

f s

Nếu ρs( g/ ); σI (cm/s); AUO( TPD); TPD=tấn /24h

2.2.3.Phương pháp thiết kế bể lắng răng cào trên cở sở quá trình lắng động học

Phương pháp này được thiết lập bởi lý thuyết lắng của Kynch năm 1952

Phương pháp này được cho là phương pháp nhanh hơn, chính xác hơn khi thiết kế

bể lắng kiểu răng cào

2.2.3.1 Lý thuyết về quá trình lắng gián đoạn của Kynch

Giả thiết :

- Các hạt rắn là nhỏ (so với thiết bị) có kích thước hình dạng, khối lượng riêng là như nhau;

- Hỗn hợp pha lòng rắn là không bị nén ép;

- Không có sự trao đổi chất giữa các thành phần;

- Vận tốc lắng tại bất kì điểm nào trong huyền phù chỉ là hàm số của hàm lượng pha rắn tại điểm đó;

Như vậy, huyền phù đó gọi là huyền phù lý tưởng

2.2.3.1.1 Phân tích đường cong lắng gián đoạn.

Chúng ta sử dụng lý thuyêt lắng gián đoạn Kynch Sedimettion và đường thẳng đặc trưng cho hàm lượng pha rắn Фk (Hình 7)

Hình 6 : Phân tích đường cong lắng

Bằng việc biết được đường cong lấy trong quá trình thí nghiệm gián đoạn, biếtđược hàm lượng pha rắn ban đầu Ф0, chiều cao ban đầu L ta hoàn toàn xác định được cácthông số cho bất kỳ một hàm lượng pha rắn Фk từ đồ thị.

;

k O

L Z

bk k O k

k bk

o

o

T Z AU

L

Z Z

Φ = Φ

2.2.3.1.2.1.Phương pháp Talmage và Fitch.

Phương pháp này được thiết lập năm 1955 dựa trên lý thuyết gián đoạn của Kynch nênvận tốc lắng của huyền phù tại hàm lượng pha rắn là Фk có thể được mô tả như Hình 8:

Hình 7: Thiết kế bể lắng dựa trên cơ sở lắng gián đoạn Kynch

o

o

t AU

L

ρ

= Φ

(21)

Sơ đồ thuật toán để thực hiện theo phương pháp talmage và Fitch

1 Tiến hành thực nghiệm xác định đường cong lắng theo lý thuyết Kynch

Z

= Φ

3 Vẽ đường thẳng ngang song song với trục hoành cắt đường cong lấy điểm

đó xác định được thời gian tu ;

4 Tính toán diện tích cơ sở theo công thức (21)

Đây là phương pháp rất hữu hiệu và khá chính xác do đó nó được phát triển để tínhtoán thiết bị lắng kiểu răng cào trong công nghiệp.Thông thường đường thẳng này sẽkhông cắt đường cong Trong trường hợp này chúng ta sẽ xuất phát từ hàm lượng tới hạn,

vẽ đường tiếp tuyến qua điểm đó và sẽ cắt đường thẳng đó song song với trục hoành và sẽxác định được tu

Hình 8: Đồ thị lắng theo phương pháp Tamage và Fitch

2.2.3.1.2.2.Theo phương pháp Oltmann.

Do phương pháp Talmage và Fitch thì nhận được từ thiết bị có diện tích lớn hơn sovới thực nghiệm Do đó, Fitch và Stevenger đề nghị năm 1976 rằng phương phápOltmann vẽ một đường thẳng từ điểm (L,O) đi qua điểm (Zc, Tc) và kéo dài cắt đườngthẳng (ZD,O) khi đó ta sẽ nhận được giá trị to và thay tu bằng to vào (21)

2.2.3.2.Lý thuyết về lắng liên tục của Kynch

Khái niệm về một thiết bị phân riêng liên tục lý tưởng (ICT), nó được định nghĩa như

là một thiết bị hình trụ và không chịu ảnh hưởng bởi tác dụng của thành thiết bị, do đóhàm lượng hạt là hằng số tại bất kỳ một diện tích cắt ngang nào, và như vậy dòng chỉ phụthuộc vào một kích thước và độ cao Z (Hình 12)

Hình 9: Thiết bị lắng liên tục

2.2.3.2.1.Phương pháp Wilhelm và Naide

Giả thiết rằng vận tốc lắng của một huyền phù co hàm lượng là đồng nhất theo côngthức:

( ) ( ) b;

s batch I

(22)

a (đơn vị LT-1); b (không có đơn vị);

a, b được xác định bằng thực nghiệm Khi đó:

1 1

;

b b s

D

b

b b a

Phương pháp tiến hành như sau để thiết kế thiết bị theo phương pháp Wilhelm vàNaide:

1 Tiến hành thực nghiệm lắng gián đoạn với các hàm lượng pha rắn ban đầu biến thiên từ hàm lượng pha rắn ban đầu là dòng cấp và hàm lượng pha rắn của dòng tháo đáy và xem xét các tốc độ lắng ban đầu ФI(Ф);

2 Vẽ log( Ф)|) với lượng φ như hình 17 Vẽ sấp sỉ đường cong với 1

hoặc nhiều đường thẳng từ đường thẳng (Hình 17) ta sẽ tính toán được thông số a, b trong công thức (21);

3 Sử dụng các thông số a, b vừa nhận được để tính toán theo công thức (22);

4 Vẽ đường cong UA theo hàm lượng pha rắn theo các a,b theo tỷ lệ logarit (Hình 18)

5 Vẽ đường cong UA theo hàm lượng pha rắn tháo ra theo tỷ lệ logarit (Hình 10)

Hình 10: Dự đoán diện tích lắng cho thiết bị lắng làm việc liên tục theo Wilheml và Naide

2.2.4 Ước lượng các thông số.

Ở phần trên chúng ta đã trình bày nhiều phương pháp để tính toán ra giá trị UA trên cơ

sở thực nghiệm quá trình lắng gián đoạn, trong đó:

Giá trị hàm lượng pha rắn tới hạn là chưa biết Dó đó cần phải làm thực nghiệm để xácđịnh ra giá trị vùng ZC

Có 2 phương pháp để xác định lượng pha rắn tới hạn

Trong đó: ZI là độ cao của bề mặt phân chia giữa nước lỏng trong và huyền phù tại bất kì một điểm nào và

Z∞

là tại điểm cuối của quá trình lắng gián đoạn Thông thường, kết quả này sẽ cho ra 3 đường thẳng cắt nhau tại 2 điểm , điểm 1 ứng với nồng độ chuyển từ ɸO đến ɸO*, điểm thứ 2 là điểm giao của thời gian tC tại nồng độ tới hạn ( H11)

Hình 11: Độ thị lắng theo thời gian theo phương pháp Robert’s

Rất là khó khăn để xác định 2 điểm giao này, trong trường hợp này thì phương phápRobert tiến hành thực nghiệm ở nồng độ ban đầu khác nhau và sẽ nhận được đường congtheo nồng độ ban đầu Và do đó lượng pha rắn tiến dần đến 0 (Hình 29)

Hình 12: Đường cong theo nồng độ ban đầu theo phương pháp Robert’s cho thiết bị lắng

gián đoạn

• Phương pháp Michael và Bolger

Quy trình này xác định nồng độ tới hạn mô tả sự ngưng tụ lắng đọng Phương trình

cơ bản của Michael và Bolger là giá trị ngưng tụ và vì thế có sự chênh lệch của các đườngthẳng trong đường biểu diễn của phương trình 114 và 65 sẽ thấy được sự thay đổi trongchế độ ngưng tụ được củng cố Nồng độ tới hạn sẽ là nồng độ mà tại đó sự chênh lệch xảy

ra Xem Hình 13