Quá trình và thiết bị 1 - bài tiểu luận máy ly tâm

Chênh lệch áp suất hai bên vách ngăn lọc được gọi là động lực cuả quá trình lọc, tức là ∆P = P1 – P2Động lực của quá trình có thể tạo ra bằng cách sau: dùng áp lực của cột chất lỏng áp s

KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

III.ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ LY TÂM

CƠ SỞ

LÝ THUYẾT

CƠ SỞ

LÝ THUYẾT

Phân riêng bằng phương pháp

lắng

Phân riêng bằng phương pháp

lắng

Phân riêng bằng phương pháp ly tâm

Phân riêng bằng phương pháp ly tâm

A PHÂN RIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG

Khái niệm: lắng là quá trình phân riêng dựa vào sự khác nhau về khối lượng riêng và kích thước của hai pha dưới tác dụng của trọng lực

Kết quả của quá trình lắng thu được pha liên tục là pha lỏng (nước trong) hoắc pha khí (khí sạch) và pha phân tán dạng cặn lắng

* NGUYÊN TẮC CẤU TẠO THIẾT BỊ LẮNG

Một không gian kín của khối lập phương chiều dài L, chiều rộng B và chiều cao H với thể tích LBH Dòng chảy của hỗn hợp vào thiết bị với vận tốc dòng là vd Giả sử một phần tử của phân tán cũng chuyển động theo dòng với tốc độ nói trên

Khi vào không gian kín, với giá trị thích hợp của tốc độ dòng thì phân

tử hạt chịu tác dụng của lực trọng trường và rơi với tốc độ wo Kết quả là các phân tử pha phân tán chuyển động với tốc độ v; cho nên khi dòng chảy đi hết quảng đường dài L, thì phân tử cũng rơi hết độ cao H Cuối cùng pha liên tục đi ra khỏi buồng lắng, còn pha phân tán còn đọng lại trên bề mặt diện tích B.L

B PHÂN RIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC

 Lọc là quá trình được thực hiện để phân riêng các hỗn hợp nhờ một vật ngăn xốp

 Vật ngăn xốp có khả năng cho một pha đi qua còn giữ pha kia lại, nên được gọi là vách ngăn lọc

HÌNH NGUYÊN TẮC LỌC

Cho huyền phù vào một bên vách ngăn rồi tạo ra bên trên bề mặt lớp huyền phù áp suất P1, dưới tác dụng của áp suất pha liên tục xuyên qua các mao dẫn trên vách ngăn chảy qua phía bên kia, còn pha phân tán bị giữ lại Khi kích thước pha phân tán lớn hơn kích thước mao dẫn, thì lớp bã tạo thành trên bề mặt vách ngăn và người ta gọi là quá trình lọc tạo bã (H a) Trường hợp pha phân tán kích thước bé hơn mao dẫn bã được hình thành trong mao dẫn và người ta gọi là quá trình lọc sâu

Chênh lệch áp suất hai bên vách ngăn lọc được gọi là động lực cuả quá trình lọc, tức là ∆P = P1 – P2

Động lực của quá trình có thể tạo ra bằng cách sau: dùng áp lực của cột chất lỏng (áp suât thuỷ tĩnh), dùng máy bơm hai máy nén đưa huyền phù vào (lọc áp suất) và dùng bơm chất không hút (lọc chân không)

C PHÂN RIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LY TÂM

Là quá trình phân riêng hỗn hợp hệ không đồng nhất hai pha rắn – lỏng hay lỏng – lỏng hoặc nhiều pha thành những cấu tử riêng biệt dựa vào trường lực ly tâm

Lực ly tâm sẽ làm cho các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau phân lớp theo hướng của gia tốc trường lực

Thành phần có khối lượng riêng lớn sẽ tập trung ở vùng xa tâm nhất, còn phần có khối lượng ruyên nhỏ nhất tập trung ở tâm

Máy ly tâm

Phân loại máy ly tâm theo quá trình phân ly:

I Máy ly tâm lọc

1 Máy ly tâm làm việc gián đoạn

2 Máy ly tâm làm việc liên tục

II.Máy ly tâm lắng

I Máy lọc ly tâm

Khái quát:

- Máy ly tâm lọc dùng để phân riêng huyền

phù có kích thước pha rắn tương đối lớn

- Trên thành rôto của máy ly tâm lọc khoan

nhiều lỗ hoặc làm bằng lưới Ðường kính

lỗ trên thành rôto thường trong giới hạn

3-8 mm Bên trong thành rôto có lưới có kích

thước nhỏ để lọc được hạt các huyền phù

- Nếu đường kính các hạt rắn 1-2 mm, thì

vách ngăn làm bằng thép tấm mỏng và

được khoan các lỗ nhỏ có đường kính

khoảng 1- 1,5 mm Nếu các hạt rắn nhỏ

hơn nữa thì phải dùng lưới kim loại có lỗ

hình vuông với kích thước lỗ lưới 0,1-0,5

mm Nếu kích thước hạt rắn nhỏ hơn dùng

lớp vải bằng sợi bông, sợi gai hoặc len

v.v

Hình Quá trình lọc ly tâm bằng lưới lọc

(vách ngăn lọc)

ƯU ĐIỂM:

- Có thể lọc được thể lỏng nhũ tương huyền phù Phương pháp lọc bằng phin lọc và kết lắng có thể đảm bảo được yêu cầu về chất lượng, nhưng thời gian rất chậm và độ lọc không nâng cao được

-Ngoài ra khi lọc bằng phương pháp phân ly ly tâm thì nó không chịu ảnh hưởng của điều kiện bên ngoải (VD: như tàu nghiêng lắc khi lọc dầu trên thuyền khai thác)

Nhược điểm:

Phương pháp lọc bằng phân ly ly tâm còn một số hạn chế như hiệu quả lọc và khả năng sử dụng máy lọc phụ thuộc rất nhiều vào trình độ vận hành của người khai thác, đòi hỏi người vận hành phải có một chuyên môn và kinh nghiệm nhất định, nếu không nó sẽ gây ra hậu quả không tốt trong quá trình khai thác như khi sử dụng

và điều chỉnh không đúng sẽ dẫn đến các trường hợp xấu như mất dầu hoặc lẫn nước vào đường dầu sạch, lúc đó không đảm bảo được yêu cầu mà còn làm tăng tác hại cho dầu ảnh hưởng lớn đến hệ động lực

Nguyên lý hoạt động máy lọc ly tâm:

- Bất kỳ loại máy lọc ly tâm nào khác đều là nguyên lý lắng trọng lực Bằng phương pháp lắng trọng lực thông thường (dưới tác dụng của sức hút quả đất) thì quá trình tách pha diễn ra rất lâu và nếu hai pha có trọng lượng riêng gần bằng nhau thì phương pháp này không hiệu quả Để tăng tốc quá trình tách pha (Dầu riêng, nước riêng, tạp chất cơ học riêng ) người ta bắt các pha phải chịu một lực ly tâm, pha nào có tỉ trọng càng lớn thì càng bị lực ly tâm đẩy

ra xa trục quay hoặc gần với vách các nón lọc hơn Nhiên liệu có tỷ trọng nhỏ nhất và chiếm

tỷ lệ nhiều nhất nên ở sát trục quay nhiều hơn Để tách các chất lỏng ra người ta bố trí các lối

ra tại các đường kính trung bình của các pha

- Trường lực ly tâm được tạo ra bằng cách cho thùng hình trụ xung quanh đường tâm của mình, tương tự trường lực ly tâm của quá trình lắng

- Khi roto quay về mặt thoáng chất lỏng trong roto với bán kính Ro Trên thành roto lập tức hình thành lớp bã và vách ngăn bay khỏi thành roto theo các lỗ đục sẵn

- Lực ly tâm cực đại đạt được tại thành roto bán kính R

m : Khối lượng huyền phù trong roto (kg)

G : Trọng lực của chất lỏng

v : Vận tốc của chuyển động tròn đều

ω : Tần số gốc của chuyển động tròn đều

ω = 2πdh = 2πRHf , với f: Số vòng quay của roto trong 1 giây Đơn vị: Hz=1vòng/s=1s-

1 Các máy ly tâm làm việc gián đoạn:

Máy ly tâm 3 chân:

Hình máy ly tâm làm việc gián đoạn tháo bã bằng daoĐây là loại máy làm việc gián đoạn, có thể tháo bã bằng tay, bằng dao hoặc bằng khí động

Chức năng: thường dùng để ly tâm huyền phù chứa các hạt rắn nhỏ, trung bình hoặc làm khô bã lọc

Nguyên lý hoạt động: Máy gồm có rôto được bao bọc bởi vỏ Thân máy gắn với vỏ được đặt trên 3 lò xo cánh nhau 1200 Ðộng cơ lắp trên thân máy nối với bánh đai ở phía dưới rồi truyền sang trục máy làm quay rôto

b) Máy ly tâm kiểu treo:

Chức năng: Loại máy này dùng để phân riêng huyền phù mịn và trung bình, do đó nó thường được dùng trong các nhà máy đường, nhà máy hoá chất, thực phẩm v.v

Nguyên lý hoạt động:

Các bộ phận kết cấu chung của máy ly tâm kiểu treo gồm roto đứng và trục sợi, đầu trên của trục được lắp vào gối hình cầu Gối hình cầu được đặt cao hơn trọng tâm của hệ quay và là hệ của các ổ lắc nằm trong cốc, được tựa tự do trên bề mặt cầu của vỏ bọc bộ dẩn động.

Lắp vỏ của bộ dẫn động trên thanh thép dọc hình chữ U Dẫn động được thực hiện từ động cơ nối với trục máy ly tâm qua khớp đàn hồi.

Nạp huyền phù từ trên vào máy ly tâm lọc khi số vòng quay của roto giảm, sau đó tăng số vòng quay đến trị số lớn nhất, vắt , rửa và lại vắt chất lỏng Trong các máy ly tâm lắng thì huyền phù được nạp vào khi tốc độ quay của roto hoạt động Dùng phanh đai gắn trong mũ của bộ dẫn động để hãm máy ly tâm, cũng như dùng động cơ điện có kết cấu cho phép hãm khi quay ngược chiều Vỏ cũng là thùng để đựng phần lọc, từ đó được tháo ra qua khớp nối nằm ở dưới đáy thùng Máy ly tâm dạng Ф†H không được bịt kín, chúng được trang bị roto có gờ trên đột lỗ, bộ điều chỉnh mức tải trọng roto Máy ly tâm O†H được trang bị thêm áo hơi để đun nóng Chất lọc được tháo ra khỏi roto một cách liên tục qua ống thải di động, còn cặn ( đạt được lớp bề dày lớn nhất ) thì tháo gián đoạn vào thùng chứa khi giảm số vòng quay của roto đến 100 vòng/phút.

Ưu điểm :có thể làm việc với tải trọng lệch tâm tương đối lớn nhờ có các lò xo

giảm chấn Ðiểm treo của kết cấu nằm trên trọng tâm phần treo nên khi làm

việc máy rất ổn định Trục máy ngắn nên máy gọn, chắc chắn, tiện lợi cho việc

tháo bã bằng tay

Nhược điểm : ổ trục và bộ phận truyền động đặt ở dưới nên dễ bị ăn mòn hoá

học

Ưu điểm của loại máy này là ổ trục và bộ phận truyền động không bị chất lỏng ăn mòn, việc tháo

bã tương đối nhẹ nhàng và nhanh hơn loại máy ly tâm ba chân.

Nhược điểm: Vì các máy ly tâm làm việc với số vòng quay rất lớn nên dù đã ngắt điện, trục quay vẫn còn quay do quán tính rất lâu Ðể nhanh chóng dừng máy ta phải dùng cơ cấu phanh hãm Ðối với các máy ly tâm treo, ổ trục có thể đảo xung quanh phương thẳng đứng khi phanh, do đó

cơ cấu phanh phải cấu tạo sao cho khi phanh áp lực gây ra hai phía của phanh phải đều nhau

Khắc phục nhược điểm: tháo bã bằng tay nặng nhọc, năng suất thấp người ta chế tạo loại máy

ly tâm treo tháo bã tự động Loại máy này chỉ khác máy ly tâm treo bình thường là phần dưới có dạng hình nón với góc nghiêng lớn hơn góc rơi tự nhiên của bã Khi rôto dừng lại thì bã tự trượt xuống theo thành nón và ra khỏi rôto

Đặc tính kỹ thuật của máy ly tâm ФПH và OПHH và OПH HПH và OПH

C) MÁY LY TÂM NẰM NGANG THÁO BÃ BẰNG DAO:

Các loại máy ly tâm trên đây, lúc tháo bã đều phải hãm máy, do đó mất thời gian và tiêu hao năng lượng vô ích

Ưu điểm: Loại máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng dao cũng làm việc gián đoạn nhưng tất cả các giai đoạn đều được tự động hoá nên thời gian của một chu kỳ ngắn hơn loại tháo bã bằng tay.

Hình máy ly tâm tháo bã bằng dao có cửa tháo ở đáy

Nguyên lý hoạt động: Sau khi mở máy cho rôto quay thì cho huyền phù vào rôtô theo ống tiếp liệu (trên ống có lắp một van đặc biệt) Sau khi huyền phù đã vào đủ lượng yêu cầu thì van đóng lại và xảy ra quá trình ly tâm Lớp

bã trong rôto ngày càng dày lên và khi đảm bảo chiều dày quy định thì xy lanh lực hạ pittông xuống kéo theo dao cạo bã, cạo thành lớp mỏng rơi xuồng máng hứng phía dưới Như vậy dao lấy bã ra một cách gián đoạn và chuyển động xoay của dao là nhờ chuyển động tịnh tiến của pittông

2 CÁC MÁY LY TÂM LÀM VIỆC LIÊN TỤC

Đặc điểm cấu tạo:

Máy gồm một pittông chính lắp chặt

lên một đầu của cần đẩy, còn đầu

kia của cần đẩy thì lắp pittông của

xy lanh lực điều khiển bằng dầu

hoặc khí nén Cần đẩy nằm trong

trụ rỗng, một đầu trục rỗng lắp chặt

rôto, đầu kia được lắp vào bánh đai

chuyển động cần đẩy cùng quay

với trục rỗng để phân phối đều

huyền phù, đồng thời chuyển động

tịnh tiến qua lại 12-16 lần/giờ để

đẩy bã ra khỏi rôto

Máy ly tâm nằm ngang làm việc liên tục tháo bã bằng pittông

Nhược điểm: kết cấu phức tạp, tiêu tốn năng lượng không đều theo thời gian, lưới lọc chóng mòn do bị ma sát với pittông đẩy bã.

Ứng dụng: loại máy ly tâm này dùng để ly tâm huyền phù đặc (50% pha rắn trở lên) kích thước hạt khoảng 0,04-0,12 mm Thường dung để ly tâm các huyên phù mà pha rắn ở dạng tinh thể như (NH4)2SO4, NaCL, CaSO4,v v

Ưu điểm: loại máy này làm việc liên tục nên năng suất cao so với máy ly tâm tháo bằng dao thì có kết cấu gọn, chắc hơn, năng lượng tiêu thụ trên một đơn vị sản phẩm nhỏ hơn

Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm

Cấu tạo : gồm có ly tâm lọc hình côn, lắp công-xôn lên trục thằng đứng, trục quay trên các ổ đỡ Ổ đỡ được đặt trên các bộ giảm chấn bằng cao su.

Nguyên lý làm việc: Rôto quay được nhờ động cơ qua bộ phận truyền động đai Nguyên liệu liên tục chảy thành dòng vào trong rôto hình côn Do tác dụng của lực ly tâm, huyền phù di chuyển dọc theo lước lọc của rôto Chất lỏng được tách qua lỗ lưới của rôto, còn bã được rửa sạch và làm khô Thành phần chất lỏng đi vào bộ phận chứa hình vành khăn, phần bã rắn chuyển động lên trên văng ra khỏi rôto và được đưa vào thùng chứa.

Góc nghiêng của rôto lọc phải đảm bảo cho huyền phù chuyển động lên phía trên Dưới tác động của áp xuất phần nguyên liệu mới đưa vào Lỗ của lưới lọc của rôto lọc hình côn dạng khe có chiều rộng khoảng 0.04-0.15 mm Vì thế mà sức cản của lưới lọc rất lớn, tương đương với sức cản của bã (có chiều dày khoảng vài milimet)

Máy ly tâm lắng nằm ngang tháo bã bằng vít xoắn

Loại này dùng để phân ly huyền phù mịn có nồng độ trung bình và lớn Trong công nghiệp thực phẩm loại máy này dùng để tách tinh bột ra khỏi nước quả, trong các ngành công nghiệp khác dùng để phân riêng pha rắn

và pha lỏng

Máy gồm có hai rôto Rôto ngoài có dạng hình nón hoăc trụ-nón, rôto trong có dạng hình trụ mà mặt ngoài của nó có gắn vít tải Rôto trong và rôto ngoài quay cùng chiều nhưng rôto trong quay chậm hơn rôto ngoài 1,5-2 % (khoảng 20-100vg/ph) nhờ hộp giảm tốc vi sai Rôto trong có đục các lỗ để dẫn huyền phù nhập liệu Góc nghiêng phần hình nón của rôto khoảng 9-10O Quá trình lắng xảy ra trong khoảng không gian giữa hai rôto, bã bám vào mặt trong của rôto ngoài và được vít tải đẩy về phía cửa tháo bã Nước trong đi về phía ngược lại, chảy qua các cửa ở trên đáy rồi đi ra ngoài Trong phần rôto không bị ngập nước, bã vừa được đưa ra khỏi rôto vừa được làm khô.

Có thể điều chỉnh chế độ làm việc của máy bằng cách thay đổ số vòng quay hoặc thay đổ chiều dài lắng khi ta xoay các cửa chảy tràn Lỗ chảy tràn càng gần trục quay thì lớp nước càng sâu, chiều dài lắng càng dài, lắng được các hạt có kích thước nhỏ.

Ưu điểm của máy này là phân ly được huyền phù mịn, năng suất lớn

Nhược điểm là tốn nhiều năng lượng để tháo bã, tổn thất trong hộp giảm tốc vi sai lớn, bã bị vụn nát, nước trong còn lẫn nhiều hạt rắn; máy làm việc nặng nề, ồn ào

Máy ly tâm siêu tốc loại ngăn

Máy ly tâm siêu tốc loại ngăn thường dùng phân riêng huyền phù có hàm lượng pha rắn ít, kích thước pha rắn nhỏ, nhẹ Không dùng để phân li nhũ tương Trong công nghiệp thực phẩm, máy phân li siêu tốc loại ngăn thường được dùng làm trong nước quả, làm trong rượu, bia, tách các tạp chất trong dầu thực vật, trong xăng, sơn và dầu bôi trơn

Máy ly tâm siêu tốc dùng để phân riêng các hệ nhũ tương ( lỏng - lỏng ) hay các hệ huyền phù có độ nhớt cao hoặc các hạt rắn có kích thước cực nhỏ ( tinh bột hay men ) Khi vận tốc rôto lớn, quá trình lắng

tự nhiên của hổn hợp tăng lên hàng triệu lần do tác dụng của lực ly tâm (lực trọng trường hầu như không có tác dụng đán kể) Do đó máy ly tâm siêu tốc được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm

Theo kết cấu rôto, máy ly tâm siêu tốc được chia làm ba loại:

 Máy ly tâm siêu tốc loại ngăn

 Máy ly tâm siêu tốc loại ống

 Máy ly tâm siêu tốc loại đĩa

Máy thường quay với số vòng quay 500010000 vg/ph, với số ngăn từ 5

-10 Máy này đảm bảo được cả hai nguyên tắc: tăng chiều dài lắng và giảm chiều dày lớp chất lỏng nên giảm được lượng hạt rắn đi theo nước trong Máy làm việc liên tục và khi các vách ngăn chứa đầy bã thì dừng máy và tháo bã bằng tay

Máy gồm có roto lắp trên trục quay thẳng đứng Phía trong của roto đặt các vách ngăn hình trụ đồng tâm.Huyền phù cho vào ống nhập liệu lần lượt qua không gian giữa các ngăn trong roto Dưới tác dụng của lực ly tâm, pha rắn lắng ở các thành trong của các ngăn và được tháo ra ngoài khi dừng máy Nước trong được dẫn ra ngoài qua rãnh bố trí ở ngăn ngoài cùng

Loại này chỉ dùng phân riêng các huyền phù mịn (không phân riêng nhũ tương), thí dụ như tách các tạp chất trong dầu, xăng, các loại sơn, nước quả v.v