Nghiên cứu, tính toán lựa chọn một số thông số làm việc chính của máy lọc ép khung bản sử dụng trong dây chuyền tuyển khoáng

Dựa trên cơ sở lý thuyết chung về quá trình lọc ép, khảo sát quá trình làm việc của một số thiết bị lọc tách nước trong công nghệ tuyển khoáng, tính toán lý thuyết các thông số của máy l

bộ giáo dục và đào tạo tr-ờng đại học mỏ - địa chất

bộ giáo dục và đào tạo tr-ờng đại học mỏ - địa chất

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan kết quả nghiên cứu trong bản luận văn này là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác

Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2013

Tác giả luận văn

Phan Văn Biển

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC BẢNG 7

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY LỌC ÉP 11

1.1 Sơ đồ nguyên lý của máy lọc ép 11

1.2 Tình hình phát triển máy lọc ép 12

1.3 Cơ sở lý thuyết lọc và ép 17

1.3.1 Cơ sở lý thuyết lọc 17

1.3.2 Cơ sở lý thuyết ép 23

1.4 Nội dung nghiên cứu 27

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, CẤU TẠO CỦA MÁY LỌC ÉP KHUNG BẢN 30

2.1 Nguyên lý làm việc 30

2.2 Kết cấu 31

2.2.1 Bản lọc và khung lọc 33

2.2.2 Màng nén ép 34

2.2.3 Cơ cấu dịch chuyển bản lọc 35

2.2.4 Bản đầu di động, bản đuôi cố định 36

2.2.5 Cơ cấu treo và sự dịch chuyển qua lại của vải lọc 36

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY LỌC ÉP KHUNG BẢN 40

3.1 Xác định thể tích lọc và thời gian lọc 40

3.1.1 Công đoạn lọc 41

3.1.2 Công đoạn gột rửa 42

3.2 Năng suất: 43

3.3 Lực ép của xilanh thủy lực 44

3.4 Công suất động cơ của xilanh ép 45

3.5 Lựa chọn máy lọc ép và xác định các tham số thao tác tối ưu 45

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN NGHIỆM BỀN MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA MÁY LỌC ÉP KHUNG BẢN 52

4.1 Tính bền bản đầu di động (tấm ép) 52

4.2 Tính bền bản đuôi cố định 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy lọc - tách nước 10

Hình 2.1 Nguyên lý làm việc của máy lọc ép dạng khung bản 29

Hình 2.9 Vải lọc chuyển động đơn chiếc và toàn bộ 38

Hình 4.2 Sơ đồ biểu diễn lực tác dụng lên bản đầu di động 53 Hình 4.3 Mô phỏng biến dạng và trạng thái ứng suất 53 Hình 4.4 4 Mô phỏng vị trí biến dạng lớn nhất 53

Hình 4.7 Sơ đồ biểu diễn lực tác dụng lên bản đầu di động 55 Hình 4.8 Mô phỏng biến dạng và trạng thái ứng suất 55

Hình 4.9 Mô phỏng vị trí biến dạng lớn nhất 55

DANH MỤC BẢNG

3.1 Kết quả tính toán các thông số máy lọc ép 47 3.2 Kết quả tính toán năng suất với áp lực lọc khác 49

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Thiết bị lọc – tách các chất rắn, lỏng từ các dung dịch hỗn hợp đã ra đời

và được áp dụng từ rất sớm, kết cấu và tính năng của thiết bị cũng đi từ đơn giản đến phức tạp Nhiệm vụ chủ yếu của các thiết bị này là làm sạch nước, tăng chất lượng sản phẩm, tận thu tài nguyên Cùng với sự phát triển của công nghiệp, yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng trở nên khắt khe, do đó các thiết bị lọc tách càng ứng dụng rộng rãi, các thiết bị này cũng có bước phát triển lớn, đa dạng về chủng loại cũng như tính năng kỹ thuật Nó được sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực như: tuyển khoáng, tinh luyện kim loại màu, khử bụi lò cao, công nghệ lọc hóa dầu, chế tạo phân bón, dược phẩm, thực phẩm, xử lý nước thải, bùn thải Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật có liên quan, các linh kiện, bộ phận tổ hợp thành thiết bị lọc – tách cũng đổi mới, không ngừng cải tạo theo hướng đơn giản hóa, thực dụng, tiết kiệm năng lượng và tự động hóa ở trình độ cao

Hiện nay ở nước ta nhu cầu sử dụng thiết bị lọc - tách ngày càng lớn, nhưng chúng ta chỉ mới nhập khẩu thiết bị này từ nước ngoài để sử dụng, việc nghiên cứu lý thuyết, thiết kế, chế tạo chưa được nghiên cứu đầy đủ, chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu vận hành và chế tạo một số chi tiết đơn giản để thay thế sửa chữa Do vậy mục tiêu của đề tài đặt ra là nghiên cứu cơ sở lý thuyết, tính toán các thông số làm việc của máy lọc ép dạng khung bản để làm tiền đề cho việc thiết kế và chế tạo sản phẩm theo yêu cầu đặt ra Đây là một yêu cầu cấp thiết có tính thời sự hiện nay

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu nguyên lý làm việc và kết cấu máy lọc ép khung bản;

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, xác định các thông số làm việc của máy lọc ép khung bản;

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: máy lọc ép khung bản

- Phạm vi nghiên cứu: các loại thiết bị lọc – tách nước, máy lọc ép dạng khung bản Tính toán cơ sở lý thuyết, lựa chọn các thông số làm việc của máy lọc ép dạng khung bản

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về thiết bị lọc ép khung bản

- Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo của các thiết bị, xác định kết cấu máy lọc ép khung bản;

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán lựa chọn các thông số làm việc của máy máy lọc ép khung bản

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, thực tế Dựa trên

cơ sở lý thuyết chung về quá trình lọc ép, khảo sát quá trình làm việc của một

số thiết bị lọc tách nước trong công nghệ tuyển khoáng, tính toán lý thuyết các thông số của máy lọc ép dạng khung bản Trên cơ sở đó so sánh lý thuyết với các số liệu thực tế để có sự đánh giá điều chỉnh thích hợp lựa chọn các thông số làm việc tối ưa của máy lọc ép khung bản

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Lọc tách nước ra khỏi quặng tinh và bùn thải ở các nhà máy tuyển là một vấn đề khoa học được hết sức quan tâm trong quy trình công nghệ làm giàu khoáng sản của nước ta hiện nay

- Để tăng chất lượng sản phẩm, tận thu tài nguyên, theo số liệu thống

kê hàng năm tập đoàn Công nghiệp Than - khoáng sản Việt Nam phải tách nước và làm khô một số lượng lớn than và khoáng sản trong các nhà máy tuyển khoáng

Do vậy, nghiên cứu cơ sở lý thuyết, tính toán lựa chọn các thông số làm việc của máy lọc ép khung bản là một việc làm có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, vừa đáp ứng yêu cầu sản xuất, vừa góp phần bảo vệ môi trường

7 Cơ sở dữ liệu

Bản luận văn được viết trên cơ sở dự liệu sau:

- Các số liệu khảo sát thực nghiệm của Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ

- Vinacomin về vấn đề lọc tách nước trong dây chuyền tuyển khoáng thuộc tập đoàn Công nghiệp Than khoáng sản Việt Nam – Vinacomin

- Các tài liệu khoa học kỹ thuật, sách chuyên ngành máy và thiết bị mỏ, chuyên ngành tuyển khoáng trong và ngoài nước

- Các nguồn tài liệu trên mạng Internet

8 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm: phần mở đầu, bốn chương (chương 1 chương 2, chương 3 và chương 4), cuối cùng là kết luận và kiến nghị, với 02 bảng và 21 hình

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY LỌC ÉP

1.1 Sơ đồ nguyên lý của máy lọc ép

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy lọc - tách nước

Nguyên lý hoạt động của máy lọc - tách dạng khung bản gồm các bước sau:

- Dùng xi lanh ép để ép các khung bản lọc đảm bảo kín khít, tạo các khoang lọc

- Cấp liệu: khởi động bơm cấp dịch để bơm dịch vào buồng lọc, hình thành bánh lọc

- Gột rửa bánh lọc: khởi động bơm nước rửa sạch

Chu trình lọc ép được thực hiện lần lượt và quá trình làm việc của máy

là quá trình thực hiện liên tục chu trình trên

1.2 Tình hình phát triển máy lọc ép

Máy lọc ép đã có lịch sử phát triển từ rất lâu, vào khoảng đầu thế kỷ 19

đã có sự ra đời của máy lọc ép khung bản kiểu gián đoạn, nhưng máy lọc ép khung bản kiểu cũ đều dỡ liệu bằng sức người, nên việc ứng dụng bị hạn chế đến năm 1958 người ta đã nghiên cứu chế tạo thành công máy lọc ép dạng khung bản tự động, từ đó kỹ thuật lọc ép đã có sự tiến bộ dài, tại các nhà máy tuyển khoáng và được ứng dụng rộng rãi

Hiện nay, căn cứ vào nguyên lý hoạt động, máy lọc ép có thể chia làm hai loại: loại liên tục và loại gián đoạn Cấp liệu và dỡ liệu của máy lọc ép loại liên tục được thực hiện đồng thời, ví dụ như máy lọc ép kiểu băng hoặc máy lọc ép liên tục kiểu buồng khí áp nhược điểm của nó là, cơ cấu máy lọc

ép liên tục khá phức tạp, việc sử dụng cho đến ngày nay vẫn không phổ biến bằng máy lọc ép khung bản loại gián đoạn Việc nhập liệu và dỡ liệu của máy lọc ép loại gián đoạn được thực hiện theo chu kỳ, được chia thành 5 giai đoạn: cấp liệu; gột rửa bánh lọc; róc nước bằng nén ép; dỡ liệu và xối rửa vải lọc

Theo hình thức kết cấu, các máy lọc hiện có được chia thành máy lọc

ép dạng khung bản, máy lọc dạng cánh ép, máy lọc dạng băng và máy lọc ép liên tục dạng buồng khí áp, trong đó hai loại đầu thuộc loại gián đoạn, hai loại sau thuộc loại liên tục

Máy lọc ép dạng khung bản:

Máy lọc ép dạng khung bản là loại máy cổ nhất nhưng được ứng dụng nhiều nhất Kết cấu cơ bản của nó là ép chặt các bản lọc và khung lọc lại với nhau để hình thành các khoang lọc tương liệu Theo cách bố trí các bản lọc có thể chia thành hai loại nằm và đứng, loại nằm các khung bản nằm vuông góc

với mặt đất, loại đứng các khung bản ngang với mặt đất So với loại đứng, loại nằm tiện trong thao tác, kiểm tra và sửa chữa, hướng phát triển hiện đại

dễ hơn Theo quá trình nén ép có thể chia thành kiểu có nén ép và kiểu không nén ép Quá trình làm việc nói chung bao gồm năm giai đoạn: cấp liệu, gột rửa bánh, róc nước bằng nén ép, dỡ liệu và xối rửa vải lọc Máy lọc ép dạng khung bản đã được ứng dụng một cách rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hóa chất, luyện kim, khai khoáng, khai thác than, thực phẩm, dược phẩm, sản xuất đường

Máy lọc ép dạng buồng tự động:

Máy lọc ép dạng buồng tự động được phát triển sau những năm 60 của thế kỷ XX cho đến nay Đặc điểm của nó là áp lực lọc cao, áp lực cao nhất đã đạt đến là 2,0 MPa; diện tích máy đơn lớn, ở nước ngoài đã ra sản xuất máy

có diện tích 1727 m2, ở Trung Quốc diện tích lọc đã đạt đén 1050 m2; Theo phương hướng bố trí bản lọc, máy lọc ép dạng buồng được chia thành kiểu nằm và kiểu đứng; theo cấu được chia thành kiểu nén ép màng và kiểu không màng; Cách ép các khung bản nói chung đều là ép bằng thủy lực

Hiện nay, máy lọc ép tự động được áp dụng tương đối thành công để lọc tinh quặng tại các nhà máy tuyển khoáng Ví dụ công ty khoáng sản Pyhasalmi – Phần Lan đã sử dụng một giàn máy lọc ép kiểu Larox CF – 100

để xử lý tinh quặng ôxít sắt, cỡ 200m chiếm 70%, khối lượng xử lý theo thời gian với năng suất 300 kg/m2.h, thủy phần bánh lọc (tỷ lệ nước chứa trong bánh lọc) có thể giảm đến 6% Một nhà máy tuyển quặng đồng khác của Belarus đã chọn dùng ba giàn máy lọc ép kiểu Larox-PF/32A1 thay thế 12 giàn máy lọc đĩa chân không vốn đã được sử dụng, thủy phần lọc bánh lọc từ 20-24% giảm xuống còn 12,5%

Máy lọc ép tự động kiểu Larox có hai dạng Larox-CF (dạng nằm) và Larox -PF (dạng đứng), là loại thiết bị lọc kiểu mới do công ty Larox -Phần

Lan nghiên cứu chế tạo trên cơ sở phát huy những ưa điểm của máy lọc ép truyền thống và máy lọc dạng băng, khắc phục những nhược điểm của máy lọc ép thường gặp

Máy lọc ép kiểu Larox-PF hiện nay là dạng máy đứng, dạng có nén ép, vải lọc qua lại tự động hoàn toàn vào khoang lọc Quá trình làm việc của máy lọc ép Larox -PF bao gồm 4 giai đoạn lọc ép, nén ép, thổi khô và dỡ bánh lọc

Hình 1.2 Máy lọc ép kiểu Larox-PF

(1) Lọc ép: vải lọc được nới lỏng, khung bản lọc ép đóng lại, van ống khí động cấp khoáng tương mở ra, khoáng tương thông qua ống mềm lần lượt

đi vào khoang lọc giữa các bản lọc ép, thực hiện quá trình lọc, lúc này bánh lọc sơ bộ được hình thành

(2) Nén ép: sau khi bánh lọc sơ bộ được hình thành, trạm áp lực bắt đầu cung cấp nước, nước có áp đi qua các ống mềm vào khoang áp lực nước của từng khung bản lọc ép, đồng thời thông qua màng cao su nén ép lên bánh lọc, khiến cho bánh lọc thoát nước thêm một bước, thúc ép hình thành kiểu bánh lọc

(3) Thổi khô: khi quá trình lọc ép kết thúc, phần trên của ống khoáng tương nối thông với khoang cầu khí động của hệ khí nén, khí nén thông qua ống khoáng tương (lúc này van khí động cấp khoáng vẫn đóng) vào ống mềm

đi vào các khoang lọc giữa từng bản lọc ép Dưới tác dụng của khí nén, bánh lọc thoát nước thêm một lần nữa, khiến cho lượng ngậm nước đạt yêu cầu

(4) Dỡ liệu: Sau khi kết thúc thổi khô, khung bản lọc bắt đầu mở ra, vải lọc được kéo căng và chuyển động, cùng với sự chuyển động của vải lọc bánh lọc tại mỗi khung bản hai đoạn lần lượt bóc ra rơi xuống

Máy lọc ép tự động ZYLD, BPF:

Hình 1.3 Máy lọc ép kiểu ZYLD, BPF

Máy lọc ép tự động ZYLD, BPF là một loại máy lọc ép hiệu suất cao

do tổng viện nghiên cứu luyện kim Bắc Kinh-Trung Quốc chuyên về máy lọc tinh khoáng của nhà máy tuyển khoáng thiết kế chế tạo Đây là loại máy lọc

ép dạng nằm Tương tự máy lọc ép Larox quá trình làm việc gồm các giai đoạn sau: lọc ép, nén ép, thổi khô, và dỡ bánh lọc Điều khác biệt là chọn khí

ép làm môi chất nén ép, vải lọc là loại tấm đơn một mặt, thuận lợi cho việc thay vải và giảm giá thành sử dụng

So với các máy lọc ép dạng khung bản khác, thì máy lọc ép BPF dùng

kỹ thuật mở và dỡ bã tự động, sinh ra hiệu suất cao hơn, năng lực xử lý gấp 4 lần so với máy lọc ép khung bản phổ thông cùng diện tích Do quá trình róc nước, ngoài lọc ép còn có thêm ép màng, thổi khô bánh lọc và các công năng khác, cho nên thủy phần của bánh lọc cũng thấp hơn nhiều so với các máy lọc

ép phổ thông, hơn nữa trình độ tự động hóa cao, dùng màn hình tinh thể lỏng

và kỹ thuật điều khiển PLC Máy lọc ép tự động BPF chủ yếu bao gồm các bộ phận cơ chính và các bộ phận điều khiển tự động, ngoài ra còn bao gồm bộ phân xối rủa vải lọc, gột rửa bánh lọc và các công năng bổ trợ khác

Ở nước ta hiện sử dụng rất nhiều thiết bị lọc - tách trong các dây chuyền tuyển khoáng, dây chuyền xử lý bùn thải, nước thải ví dụ: Công ty Mỏ tuyển Đồng Sin Quyền Lào Cai sử dụng máy lọc - tách khung bản trong dây chuyền tuyển tinh quặng đồng Đối với các dây chuyền tuyển than, từ năm

2009 Công ty Tuyển than Cửa Ông đã triển khai xây dựng và đưa vào sử dụng

hệ thống xử lý bùn nước bằng lọc tách tăng áp công suất 1 triệu tấn/năm để tận thu nước tuần hoàn, đồng thời than bùn sau lọc tách đã đạt độ ẩm khoảng 1822%, có thể pha trộn tiêu thụ như cám 5 thương phẩm Tương tự như vậy Nhà máy tuyển than Hòn Gai năm 2010 đã lắp đặt và đưa vào sử dụng hệ thống tuyển nổi cột công suất 450 nghìn tấn/năm kết hợp hệ thống lọc tách than bùn để nâng cao chất lượng than, thu hồi nước tuần hoàn tái sử dụng Do

đó, từ than bùn đã tuyển ra được than cám mịn độ tro 10-15%, có thể pha trộn với than cám 3, tiêu thụ cho các nhà máy xi măng và xuất khẩu, các dây chuyền công nghệ này hiện vẫn cho hiệu quả tốt Đối với các dây chuyền tuyển khoáng khác, hầu như đều có sử dụng thiết bị lọc - tách Trong công nghệ nạo vét các hồ nước nhất là ở các hồ sinh thái trong thành phố cũng cần dùng đến thiết bị lọc tách nước để tách nước khỏi bùn (Ở Việt Nam đã áp dụng công nghệ này cho việc nạo vét bùn ở ao cá Bác Hồ, Hồ Gươm )

Ở Việt Nam chưa có công trình khoa học nào đi sâu vào nghiên cứu các lĩnh vực liên quan đến thiết bị lọc – tách nước, chưa có đơn vị nào nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy lọc - tách nước Vì vậy, mục đích và nhiệm vụ của luận văn là nghiên cứu nguyên lý làm việc và kết cấu máy lọc ép khung bản; nghiên cứu cơ sở lý thuyết, tính toán các thông số làm việc của máy lọc ép dạng khung bản để làm tiền đề cho việc thiết kế và chế tạo các máy lọc ép khung bản theo yêu cầu đặt ra

1.3 Cơ sở lý thuyết lọc và ép

1.3.1 Cơ sở lý thuyết lọc

Về nghiên cứu luận thuyết lọc lấy bánh lọc, người ta đã đi theo hai hướng sau Thứ nhất, Ruth là người đại diện, ông đi từ công thức kinh nghiệm của Darcay để nghiên cứu sâu sự ảnh hưởng của sức cản lọc tới quá trình lọc Thứ hai - Kozeny – Carman là người đại diện, cũng đi từ công thức kinh nghiệm của Darcay, căn cứ theo luận thuyết thẩm thấu, từ những nghiên cứu

về hình dạng hạt và kiểu cách bánh lọc đã có, đã đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng của tính chịu ép của bánh lọc và hệ số thẩm thấu tới quá trình lọc Dưới đây lần lượt giới thiệu vắn tắt kết quả nghiên cứu của họ

Luận thuyết và phương trình Ruth:

Năm 1856, Darcay đã nghiên cứu quy luật thay đổi dòng chảy qua bàn cát độ dày khác nhau, đã đưa ra công thức bán thực nghiệm về tốc độ lọc thẩm thấu nổi tiếng Cho đến tận ngày ngay vẫn được cho là cơ sở của luận thuyết lọc

+ V: thể tích dịch thể đi qua trong mỗi đơn vị thời gian, m3

+ A: diện tích bề mặt bánh lọc vuông góc với hướng chảy, m2

+ p : độ giảm áp ở hai bên bánh lọc có độ dày L, Pa

+ : độ bám dính của dịch thể, N.s/m2

+ : hệ số tỷ lệ, nó là hằng số, còn được gọi là độ thẩm thấu

Công thức kinh nghiệm rút ra từ phương trình (1.1) nói lên rằng:

- Tốc độ chảy và độ giảm áp có quan hệ tuyến tính, do đó độ vận dòng của dịch thể đi qua tầng bàn lọc, phụ thuộc vào độ nghiêng ngăn dòng

- Tốc độ dịch thể chảy qua bánh lọc và áp suất tỉ lệ thuận

- p là độ chênh lệch áp suất giữa bánh lọc và lực cản của mỗi chất qua lọc

Năm 1908, Hatsche lần đầu tiên luận giải rằng, môi chất lọc dịch thể chảy qua và ma sát đường lỗ khe trong bánh lọc là nguyên nhân chủ yếu sinh

ra lực cản lọc, từ đó họ đã tập trung nghiên cứu về lực cản lọc và kết cấu bánh lọc, yếu tố trực tiếp quyết định lực cản lọc

Năm 1946, Carman và Ruth dựa vào các thực nghiệm tính thẩm thấu dưới lực ép, đã tiến hành phân tích luận thuyết lọc, thông qua nghiên cứu đại

lượng lực cản đối với bánh lọc, họ cho rằng độ dày L và hệ số tính thẩm thấu của tầng bánh lọc , là hai yếu tố gây ra lực cản và ảnh hưởng đến phương trình lọc, do đó Ruth đề xuất biểu thức (1.1) có thể viết lại thành

1

( c m)

Đây là phương trình lọc Ruth mà mọi người đã quen biết

Trong phương trình (1.2) trên:

+ P: lực ép của quá trình lọc ép, Pa

+ v: lượng dịch lọc thu được qua một đơn vị diện tích, m3/m2.s

+ R : lực cản bánh lọc trên một đơn vị diện tích lọc, N c

+ R m: lực cản môi chất lọc trên một đơn vị diện tích lọc, N

Đối với bánh lọc không chịu được ép, sức cản bánh lọc tỷ lệ thuận với lượng vật liệu thể rắn Weber đề nghị dùng lực cản theo đơn vị thể tích (hệ số cản) để tính lực cản bánh lọc trong quá trình lọc Hệ số cản là một tham số quan trọng trong phương trình Ruth, nếu đem lực cản môi chất lọc kết hợp với lực cản bánh lọc tương đương, có thể biểu thị được lực cản tổng hợp môi chất, hiển nhiên, nó phản ánh trực tiếp mức độ lọc khó hay dễ

Khái niệm hệ số cản lọc trung bình trong luận thuyết lọc và thực tiễn triển khai đã có tác dụng quan trọng, nhưng nguyên lý này chưa giải thích được một cách hợp lý một số vấn đề thực tế mà lọc công nghiệp gặp phải Chưa tìm ra được chính xác, rõ ràng áp lực thao tác, nồng độ dịch huyền phù…, theo mật độ lỗ trong bánh lọc và những nhân tố ảnh hưởng tới mật độ

lỗ khe trong bánh lọc, kích thước lỗ và hệ số cản của bánh lọc

Luận thuyết và phương trình Kozeny - Carman:

Đầu thế kỷ 19, Lưu Dị Tư (Trung Quốc) lần đầu tiên đã dùng phương pháp thực nghiệm để đo đạc xác định tốc dộ lọc dưới áp lực không đổi, mở đầu cho việc nghiên cứu các đặc tính lọc Trên cơ sở này lần lượt xuất hiện hai mô hình tốc độ lọc là mô hình mao dẫn và mô hình thẩm thấu

a) Mô hình mao dẫn:

Porseuille là đại diện, ông ta cho rằng bên trong bánh lọc có nhiều mao dẫn vuông góc với bề mặt bánh lọc, có thể dùng phương trình Porseuille để hiển thị tốc độ lọc của dịch huyền phù

41

8

p

n r p dV

thước hạt rắn và đặc tính kết cấu của bánh lọc, nó hợp nhất mô hình lọc mao dẫn và mô hình lọc thẩm thấu lại làm một, băng biểu thức toán học nó vạnh ra các quan hệ nội tại giữa các nhân tố lọc ảnh hưởng tới các quá trình lọc, phương trình K-C và phương trình Ruth đã đặt cơ sở cho luận thuyết lọc

Coi lực cản môi chất lọc Rm là không đáng kể, có thể bỏ qua, kết hợp với các công thức (1.2) và (1.4) cho ta hai công thức tính hệ số cản:

+m: hệ số cản chất lượng trung bình, được gọi là hệ số cản Ruth Giá trị của nó thu được qua thử nghiệm lọc hoặc tính thẩm thấu dưới áp lực, nó biểu thị giữa lực cản Rc và chất lượng bánh lọc trên một đơn vị diện tích lọc là

0

n

b) Mô hình thẩm thấu:

Mô hình thẩm thấu cho rằng cấu tạo của bánh lọc giống như các tầng cát, đều là kết cấu bàn rải các hạt nhiều lỗ xếp đống hỗn độn, tổng thể bánh lọc càng mỏng, hạt thể rắn càng nhỏ bé Tốc độ dịch thể thông qua mao dẫn tỷ

lệ nghịch với độ bám dính của dịch thể, căn cứ theo định luật Darcay có thể biểu diễn tốc độ lọc theo công thức:

c p

p dV

+ K :hệ số thẩm thấu, là hàm của mật độ lỗ bánh lọc, là hằng số đại p

diện cho hạt thể rắn, đặc tính hình dạng và kết cấu bánh lọc, xác định bằng thực nghiệm

Biểu thức này nói lên rằng: tốc độ lọc và độ giảm áp lọc p c, độ bám dính của dịch lọc  và tính chất của bánh lọc có liên quan với nhau Theo công thức Ruth có thể thu được công thức tính lực cản bánh lọc:

V R

Bằng thực nghiệm, thông qua việc đo đạc, xác định độ chênh lệch áp lực thao tác, tốc độc lọc và tốc độ róc nước của môi chất lọc sạch, có thể tính được lực cản môi chất lọc Rm và lực cản bánh lọc Rc, xác định lại nồng độ huyền phù  , thay vào biểu thức trên tìm được hệ số cản lọc trung bình của bánh lọc Căn cứ vào hệ số cản theo độ chênh lệch áp lực thao tác khác nhau,

có thể thu được số mũ tính chịu được ép của bánh lọc bằng phương pháp đồ thị

Những phát triển thêm tương quan của luận thuyết lọc:

Ngoài những công thức luận thuyết nêu trên còn nhiều học giả đã thực hiện các nghiên cứu tương quan về hiện tượng lọc Tillert đã dùng thực nghiệm tính thẩm thấu dưới áp lực để nghiên cứu đặc tính lưu động bên trong bánh lọc chịu được ép, đã nêu ra phương trình lọc cơ bản của bánh lọc chịu được ép, đã thu được tương quan giữa hệ số cản bánh lọc trung bình và lực ép lọc, giải quyết vấn đề lọc dưới áp suất và tốc độ không đổi của bánh lọc không chịu được ép Yim và một số người khác đã đề xuất vấn đề, nghiên cứu bánh lọc tầng thứ nhất Shiratot và một số người khác thông qua nghiên cứu thực nghiệm và hệ thống, đã tiến hành sự nghiên cứu thay đổi tốc độ chảy của thể lỏng và hạt thể rắn bên trong bánh lọc trên cơ sở đó đã đề xuất phương pháp giải quyết vấn đề tốc độ lọc không đổi, lọc biến áp, biến tốc, ông còn tiến hành nghiên cứu khái niệm hệ số diện tích lọc hiệu quả và phương pháp thực nghiệm kết hợp đối với lọc phi tuyến, đồng thời đã phát triển luận thuyết lọc tổng quát vừa thích hợp với thể lỏng Niuton vừa thích hợp với thể lỏng không Niuton

1.3.2 Cơ sở lý thuyết ép

Những nhà nghiên cứu về vấn đề này đã phát hiện ra rằng, đối với việc róc nước bánh lọc, nếu chỉ nâng cao áp suất lọc mà thôi thì suất ngậm nước của bánh lọc sẽ giảm nhưng không đáng kể, hơn nữa tổn hao năng lượng gia

tăng mạnh, thiết bị dễ phát sinh sự cố Để giải quyết vấn đề này người ta đã đề xuất, một số phương pháp róc dịch bánh lọc ứng dụng trong công nghiệp.

Quá trình róc nước bằng nén ép cũng là quá trình phân tách thể lỏng ra khỏi thể rắn trong hệ thống hai pha rắn lỏng Trong những điều kiện nhất định, thông qua áp suất đặt lên bánh lọc thể lỏng trong bánh lọc bị đẩy ra Trong quá trình lọc bằng nén ép, áp lực có thể do tải ngoài, cũng có thể do bơm cưỡng bức các hạt thể rắn vào buồng lọc cố định Trong quá trình lọc ban đầu vật liệu hoàn toàn lưu động, có thể dùng bơm nạp vào, còn trong quá trình ép, vật liệu có thể ở trạng thái nửa rắn, và cũng có thể là khoáng tương (dạng sệt) Phương thức róc nước bằng lực ép có nhiều loại, thường gặp và được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp có ba phương thức:

- Thứ nhất: ở thiết bị lọc ép mang cơ cấu ép ví như máy lọc ép kiểu màng, đối với bánh lọc giai đoạn bánh được hình thành, tiếp tục gia tải ngoài, các hạt rắn của bánh lọc bị nén ép, tổng thể tích của bánh lọc giảm đi, kèm theo đó giảm khe rỗng của bánh lọc và đồng thời mật độ bánh lọc cao lên chèn ép một lượng nước nhất định, nên thủy phần của bánh lọc giảm xuống, quá trình này được gọi là quá trình róc nước bằng nén ép

- Thứ hai: ở buồng lọc có dung tích cố định, ví như máy lọc ép dạng

tủ, dạng khung bản đang được sử dụng rộng rãi, Các hạt thể rắn trong dịch huyền phù bị nén ép và đi vào trong các lỗ khe của bánh lọc, thế chỗ trong lỗ khe đó, theo đó lỗ khe trong bánh lọc giảm xuống và mật độ bánh lọc tăng lên, đồng thời ép một lượng nước nhất định từ các lỗ khe của bánh lọc ra ngoài, nên thủy phân của bánh lọc giảm xuống, quá trình này được gọi là quá trình róc nước bằng nén ép áp suất chất lỏng

- Thứ ba: gồm các phương pháp róc nước khác, ví dụ thổi khi nén ép lên bánh lọc hoặc nối thông với đường hơi nước, đem dịch thể tồn lưu bên trong các lỗ khe ra ngoài, hoặc róc nước bằng hút chân không, bằng lực li

tâm, bằng lực hấp dẫn mao mạch của đới lọc gây ra, róc nước chấn động hoặc róc nước thẩm thấu điện

Thực tiễn chỉ ra rằng, đối với một số vật liệu, đặc biệt là vật liệu có tính chịu được ép cao, áp lực lọc tăng lên thường không giúp cho việc giảm thủy phần của tinh quặng, khi đó ứng dụng phương pháp róc nước bằng nén ép nước có khả năng giảm thủy phần của bánh lọc một cách có hiệu quả Róc nước bằng nén ép là phương pháp giảm thủy phần bánh lọc có hiệu quả cao, đặc biệt là với vật liệu khó róc nước có tính chịu được ép cao, độ bám dính, tính phân tán cao Ưu điểm nổi bật của róc nước bằng nén ép là tốc độ róc nước nhanh, tiêu hao năng lượng thấp Do quá trình róc nước cần phải khắc phục áp lực mao mạch của các khe rỗng trong bánh lọc, nếu khe lỗ nhỏ hơn 0.3m thì áp lực róc nước phải đạt đến 1Mpa trở lên Khi đó, nếu chọn phương thức róc nước gia áp bằng máy nén khí thì hiển nhiên là không kinh

tế, cho nên chọn phương thức róc nước bằng nén ép là thích hợp hơn với khoáng vật có kích thước nhỏ

Sự phát triển thêm của luận thuyết róc nước bằng nén ép trên thế giới: Nén ép theo các phương thức khác nhau có thể chia làm nhiều loại Theo hướng của lực thì sự nén ép được chia thành nén ép một chiều, hai chiều

và đa chiều Theo áp lực, tốc độ nén ép và quan hệ thời gian có thể chia thành nén ép áp lực không đổi, tốc độ không đổi và nén ép áp lực và tốc độ biến đổi

Kỹ thuật nén ép đã có lịch sử lâu đời, có từ đầu thế kỷ 12, nhân dân lao động trong quá trình dùng đậu tương làm đậu phụ, đã dùng túi vải lọc bỏ bã đậu tương trong đậu, sau đó lại dùng tay bóp vắt để vắt ra tương đậu, đây hẳn

là kỹ thuật nén ép sớm nhất Những nghiên cứu lý thuyết sớm nhất là do Koo Thực tiễn, ông đã nghiên cứu quá trình ép các loại dầu hạt cải với áp lực, nhiệt độ và thời gian róc nước khác nhau, đã đề xuất phương trình kinh

nghiệm quan hệ giữa chất lượng dịch ép, áp lực P, thời gian t và độ bám dính c



Trọng lượng bã dầu bị ép ra

1 0.5 611124

c

p t G



Deem đã tiến hành thực nghiệm ép mía, đã nghiên cứu quan hệ giữa thể tích bánh lọc sau khi ép và áp lực ép Tauchi và Nagai đã đem kỹ thuật lọc ứng dụng nén ép vào công nghiệp lên men, năm 1964 Gumhum và Masson đã nghiên cứu điều kiện cân bằng trong vấn đề nén ép, họ đã tiến nhành thử nghiệm sự róc nước bằng nén ép lực không đổi, trị số áp lực là 140 kPa đối với chất liệu dang tơ sợi không chịu được ép trong điều kiện cân bằng không

có quá nhiều thể dịch chảy ra trước, và thu được biểu thức quan hệ giữa áp lực ép P và kích thước lỗ khe cân bằng của bánh lọc e:

logP = C1C2(1e) (1.11) Trong đó:

+ C C : các hằng số, xác định bằng thực nghiệm 1, 2

Till và Green hai người Mĩ đã cho rằng, ở áp lực thấp cho kết cấu vật chất dạng tơ sợi có thể bị thay đổi, do đó ảnh hưởng rất lớn đến kết quả thử nghiệm Kormendy trong thử nghiệm róc nước bằng nén ép, đã suy đoán được thời gian ép để thu được suất thu hồi dịch thể tỉ lệ thuận với bình phương độ dày ban đầu của bánh lọc tương quan

Các học gả nhiều nước trên đã sớm nghiên cứu vấn đề nén ép, tuy họ

đã tiến hành thực nghiệm nhiều và đưa ra những luận thuyết, nhưng các kết quả nghiên cứu đều chỉ dựa vào kinh nghiệm, chỉ nhằm vào những vật liệu

đặc biệt đã định, cho nên các phương trình thực nghiệm đã thu được đều là không mấy thông dụng

Từ năm 1965, Shirato Monpei và Murase Toshin và những người khác của trường tổng hợp Nagoye- Nhật Bản đã đem luận thuyết cố kết trong cơ lý

đá vào kỹ thuật ép Họ chọn dùng một thiết bị đo tính thẩm thấu lọc ép và đã tiến hành thử nghiệm ép áp lực không đổi với những chủng loại vật liệu khác nhau Trong khi thực nghiệm đã đem dịch huyền phù nạp vào buồng lọc hình ống tròn, đồng thời gia lực cho dịch lọc một áp lực không đổi, dịch thể trong hỗn hợp dịch bị ép ra từ mặt thoát dịch ở đoạn đáy ống, đồng thời ghi lại quan

hệ giữa thời gian và độ dày hỗn hợp dịch được cô đặc (lọc) Họ đen sự róc nước bằng lọc ép thực hiện trực tiếp với dung dịch huyền phù chia thành hai giai đoạn: giai đoạn thứ nhất là giai đoạn lọc thành bánh và giai đoạn thứ hai

là nồng độ thể rắn trong nguyên liệu vượt quá giá trị tới hạn, dịch huyền phù biến sang trạng thái nửa rắn, kết thúc giai đoạn lọc, có ách tắc trực tiếp với bánh lọc thì tiến hành róc nước bằng nén ép Shirato và một số người khác vào năm 1967 đã từng đề xuất phương pháp nhờ vào thực nghiệm tìm điểm ranh giới giữa giai đoạn lọc và giai đoạn ép

Năm 1994, Wakeman đã đề xuất dùng máy tính mô phỏng quá trình róc nước của bánh lọc bằng nén ép Năm 1999, Tarecton đã sử dụng phần mềm máy tính để tiến hành xử lý nhanh các số liệu thực nghiệm róc nước bằng nén

ép Năm 2000, Sirkka đã xây dựng mô hình nghiên cứu đối với máy lọc ép dung tích có thể thay đổi

1.4 Nội dung nghiên cứu

Cùng với sự cạn kiệt của nguồn nguyên liệu khoáng sản dễ tuyển, công nghệ tuyển ngày càng phức tạp do phẩm cấp thấp ngày nhiều Yêu cầu nghiền khoáng càng mịn, sao cho khoáng vật có ích có thể chia tách hoàn toàn mới

có thể đạt được phẩm cấp tinh quặng thu hồi như mong muốn Nếu độ hạt của

khoáng vật nghiên cứu là mịn thì tinh quặng cũng sẽ càng mịn, lực cản lọc của tinh quặng tương ứng lại càng lớn Do sự hạn chế của việc chịu áp chân không, lọc chân không chỉ có thể tạo ra một số lực hút lọc nhỏ hơn 0,1MPa, chọn dùng lọc chân không khó mà thu được bánh lọc thủy phần thấp, còn máy lọc ép do cách lọc gia lực ngoài nên không chỉ có thể tạo ra một ngoại lực đẩy

ép lọc lớn hơn, mà còn nâng cao được quá trình ép qua màng và hong khô bánh lọc, như thế thủy phần của bánh lọc có thể giảm xuống với biên độ lớn, cho nên róc nước bằng nén ép đã được ứng dụng ngày càng rộng rãi vào việc róc nước tinh quặng tại các nhà máy tuyển khoáng Quá trình róc nước tinh quặng bằng nén ép bao gồm mấy công đoạn sau: “hình thành các khoang lọc”

“rót tương”, “nén ép”, “hong khô” “tách rời khung lọc”, “dỡ bánh lọc”, ”rửa vải lọc” Mấy công đoạn trên cấu thành một quá trình róc nước bằng nén ép hoàn chỉnh, thời gian tiêu hao của quá trình này là một chu kỳ tuần hoàn lọc

ép, độ dài ngắn của chu kỳ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất công tác lọc ép, ngoài ra độ dài ngắn của thời gian rót tương ảnh hưởng đến thủy phần của bánh lọc và hiệu suất công tác lọc Thêm nữa, các nhân tố khác ảnh hưởng trực tiếp đến thủy phần của bánh lọc còn bao gồm độ dài ngắm của thời gian

“nén ép” và “hong khô” và độ lớn bé của áp lực Cho nên chúng lại các nhân

tố ảnh hưởng tới thủy phần của bánh lọc bao gồm: thời gian rót tương, nén ép, hong khô và áp lực, còn các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất công tác học bao hồm: thời gian hợp long khung lọc, thời gian rót tương và áp lực, thời gian nén ép, thời gian hong khô, thời gian tách rời khung lọc, còn các nhân tố khác đều là từ nhân công thao tác máy lọc ép, sự tổ hợp của các nhân tố khác nhau sẽ thu được thủy phần bánh lọc bằng nén ép và hiệu suất lọc khác nhau,

đề vừa đạt được thủy phần của bánh lọc đạt tiêu chuẩn vừa đề đạt được hiệu suất công tác lọc cao nhất có thể, đòi hỏi nhân công thao tác phải có kinh nghiệm thao tác phong phú Ngoài ra, thủy phần của bánh lọc và hiệu suất róc nước bằng nén ép không những chịu sự ảnh hưởng của các nhân tố nêu trên