Thiết kế thiết bị lọc chân không thùng quay lọc dịch mía sau ép năng suất 15m3h

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DỊCH MÍA ĐƯỜNG 1.1. Tình hình sản xuất mía đường trong nước 1.2. Nguyên liệu mía 1.3. Tính chất và thành phần nước mía 6 1.4. Lọc nước mía 7 1.4.1. Mục đích quá trình lọc 7 1.4.2. Nguyên lý 7 1.4.3. Quá trình lọc 8 1.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến lọc 8 CHƯƠNG II: THIẾT BỊ LỌC CHÂN KHÔNG THÙNG QUAY 9 2.1. Giới thiệu máy lọc chân không thùng quay 9 2.2. Nguyên lý hoạt động 10 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ LỌC CHÂN KHÔNG THÙNG QUAY 12 3.1. Tính toán công nghệ thiết bị 12 3.1.1. Các thông số công nghệ 12 3.1.2. Thời gian lọc của 1 chu trình 12 b. Thời gian rửa 13 3.1.3. Tính chọn các góc làm việc 14 3.2. Tính cơ khí thiết bị 15 3.2.1. Kích thước thùng 15 3.2.2. Độ nhúng sâu của thùng quay trong huyền phù 15 3.2.3. Tốc độ quay của thùng 16 3.2.4. Thể tích hữu ích của bể chứa 16 3.3. Công suất truyền động thùng quay 16 3.3.1. Mômen trở lực do lớp bã không cân bằng gây ra khi thùng quay M1 16 3.3.2. Mô men trở lực cạo bã 17 3.3.3. Mômen trở lực do thùng quay ma sát với huyền phù M3 17 3.3.4 Mômen trở lực do ma sát của đầu trục máy lọc với nắp phân phối M4 17 3.3.5. Mômen trở lực do ma sát trong các ổ đỡ của trục máy lọc M5 18 3.3.6 Công suất truyền động 18 3.3.7. Chọn động cơ 19 3.4. Tính toán cơ cấu khuấy cho máy lọc chân không thừng quay 20 3.5. Tính chọn bơm chân không 21

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DỊCH MÍA ĐƯỜNG

1.1 Tình hình sản xuất mía đường trong nước

Nước ta là một nước có truyền thống sản xuất đường từ lâu đời Từ lâu, nhândân ta đã biết dùng những máy ép giản đơn như máy ép bằng đá, máy ép bằng gỗ dùngsức trâu bò kéo Nước mía ép được nấu ra nhiều dạng sản phẩm khác nhau: Mật trầm,đường phên, đường thô, đường cát vàng Ở miên Trung, nhân dân ta đã biết dùng lòngtrắng trứng, đát bùn, vôi để làm sạch nước mía, sản xuất các loại đường đặc sản nhưđường muỗng, đường phèn, đường phổi, đường bông, đường bát dùng trong nước vàxuất khẩu Trong thời kỳ Pháp thuộc, CN đường hiện đại của ta hầu như không có gì.Nước ta chỉ có hai nhà máy đường hiện đại: Hiệp Hòa (miền Nam) và Tuy Hòa (miềnTrung)

Công nghiệp đường ở nước ta trong vòng 100 năm vẫn ở trong tình trạng sảnxuất thủ công là chủ yếu Sau ngày hoà bình lập lại, dưới chế độ xã hội chủ nghĩa, CNđường hiện đại của nước ta mới bắt đầu phát triển Ở miền Bắc có các nhà máy đườnghiện đại như: Việt trì, Sông Lam (350 tấn mía/ngày), nhà máy đường Vạn Điểm (1000tấn mía/ngày) Ở miền Nam có các nhà máy đường như Quảng Ngãi, Bình Dương(1500 tấn mía/ngày), Phan Rang (350 tấn mía/ngày), và hai nhà máy luyện đườngKhánh Hội (150 tấn đường thô/ngày), Biên Hòa (200 tấn mía/ngày) Sau này mới xâydựng thêm các nhà máy như La Ngà (2000 tấn mía/ ngày) v.v… Tính đến thời điểm vụmía 1997- 1998 cả nước có trên 250.000 ha mía tăng hơn 67% so với năm 1994 và đạtsản lượng 11,5 triệu tấn mía cây

Về công nghiệp chế biến Năm 1994 cả nước mới có 12 nhà máy đường cơ giớichế biến khoảng 20% sản lượng mía cây, phần còn lại chế biến bán cơ giới và thủcông, hiệu suất thu hồi thấp Thực hiện chương trình 1 triệu tấn đường vào năm 2000của chính phủ, đến vụ mía 1997-1998, cả nước đã có 35 nhà máy đường hoạt động vớitổng công suất ép 50.800 tấn, tăng gâp 5 lần so với năm 1994 Cùng với các cơ sở chếbiến bán cơ giới và thủ công, tổng sản lượng chung cả nước năm đó đạt 552.000 tấn.Vào năm 2000 thì cả nước đã có 50 nhà máy đường mía hiện đại (trong đó có 4 nhàmáy mở rộng công suất) đưa tổng công suất ép lên 93.500 tấn mía/ngày dưới nhiềuhình thức đầu tư như liên doanh hay 100% vốn nước ngoài

1.2 Nguyên liệu mía

1.2.1 Phân loại

Cây mía thuộc họ hoà thảo, giống sacarum, được chia làm 3 nhóm chính:

Nhóm Sacarum officinarum: là giống thường gặp và bao gồm phần lớn các

chủng đang trồng phổ biến trên thế giới

Nhóm Sacarum violaceum: Lá màu tím, cây ngắn cứng và không trổ cờ

Nhóm Sacarum simense: Cây nhỏ cứng, thân vàng nâu nhạt, trồng từ lâu ở

Trung Quốc Giống mía đóng một vai trò rất quan trọng trong việc sản xuấtnguyên liệu cho công nghiệp chế biến đường Các giống mía có thời giansinh trưởng khác nhau (chín sớm, chín trung bình, chín muộn) góp phầnhình thành cơ cấu giống mía, nhằm rải vụ trồng và kéo dài thời gian chếbiến cho các nhà máy đường Trong sản xuất thường chú ý phát triển mạnhcác giống sau:

− Giống ROC1-Tân Đại Đường1 (Đài Loan): chín sớm, thích ứng rộng,hàm lượng đường cao, năng suất cao, chịu đất xấu, chịu hạn, gốcnẩy mầm chậm, thu hoạch vào đầu vụ

− Giống ROC10-Tân Đại Đường10 (Đài Loan): có đặc tính chung giồngROC1 như thích ứng rộng, chịu được đất chua mân, chụ thâm canh,chín trung bình, thu hoạch vào giữa và cuối vụ

− Giống Quế đường 11 (Quảng Tây- Trung Quốc): chin sớm, thu hoạchvào đầu vụ, sinh trưởng mạnh, khả năng lưu gốc tột, t1inh thịch ứngrộng, chịu hạn, chịu đất xấu, chịu ẩm ướt, năng suất cao và có hàmlượng đường cao Ngoài ra chúng ta đã lai tạo được một số giống míacho năng suất cao như: Việt đường 54/143 (hàm lượng đường 13,5 –14,5%, loại chín sớm), Việt đường 59/264 (hàm lượng đường 14 –15%, không trổ cờ), VN 65 – 71 (năng suất 70 – 90 tấn/ ha), VN 65 –

48 (năng suất 50 –95 tấn/ ha), VN 65 – 53 (năng suất 45 – 80 tấn/ha)

1.2.2 Hình thái

Cây mía gồm 3 phần chủ yếu: rễ, thân và lá

− Rễ mía: thuộc loại rễ chùm, có tác dụng giữ cho mía đứng, hút nước

dưỡng từ đất để nuôi cây mía Một khóm mía có thể có 500-2000 rễ,trọng lượng chiếm 0.855% trọng lượng cây mía, thường tập trung ở

độ sâu 0.3-0.4m, cá biệt tới 1-1.5m

− Thân mía: hình trụ đứng hoặc hơi cong, tuỳ theo giống mà màu sắckhác nhau như: vàng nhạt, màu tím đậm… Trên vỏ mía có một lớpphấn trắng bao bọc Thân mía chia làm nhiều dóng, mỗi dóng míadài khoảng 0,05-0,304 m (tuỳ theo giống mía và thời kỳ sinh trưởng).Giữa 2 dóng mía là đốt mía, đốt mía bao gồm đai sinh trưởng, đai rễ,đai phấn mầm, và sẹo lá Thông thường, mía phát triển theo chiềucao từ 2.43-2.35m/năm hay 2-3 dóng/tháng

− Lá mía: làm nhiệm vụ quang hợp nước, CO2 và các chất dinh dưỡng

để biến thành gluxit, các chất tổng hợp có chuỗi nitơ và là bộ phậnthở và thoát ẩm của cây mía Lá mọc từ chân đốt mía thành hàng so

le hoặc theo đường vòng trên thân cây Lá mía màu xanh (với một sốgiống cá biệt có thêm màu vàng hoặc tím), mép lá có hình răng cưa,mặt ngoài phần lớn có lớp phấn mỏng và lông bám Tuỳ thuộc vàogiống mía, lá có chiều dài 0,91–1,52m, chiều rộng 0,01 – 0,30m

1.2.3 Thu hoạch và bảo quản

Mía được xem là chín khi hàm lượng đường trong thân mía đạt tối đa vàlượng đường khử còn lại ít nhất Các biểu hiện đặc trưng của thời kỳ míachín:

− Lá chuyển sang màu vàng, độ dày của lá giảm, các lá sít vào nhau,dóng ngắn dần

− Hàm lượng đường giữa gốc và ngọn xấp xỉ nhau

− Hàm lượng đường khử dưới 1%, (có khi chỉ còn 0,3%)

− Khi mía chín, tuỳ theo giống mía và điều kiện thời tiết mà lượngđường này duy trì khoảng 15 – 60 ngày Sau đó, lượng đường bắt đầugiảm dần (giai đoạn này gọi là mía quá lứa, hay mía quá chín)

Ở các nước phát triển (Mỹ, Đức,…) thu hoạch mía bằng cơ giới là chủyếu, nhiều loại máy liên hợp vừa đốn mía, chặt ngọn và cắt khúc được sửdụng rộng rãi Tuy nhiên ở nước ta hiện nay, việc thu hoạch mía vẫn cònbằng phương pháp thủ công, dùng dao chặt sát gốc và bỏ ngọn Sau thuhoạch hàm lượng đường giảm nhanh, do đó mía cần được vận chuyểnngay về nhà máy và tiến hành ép càng sớm càng tốt Để hạn chế tổn thấtđường sau khi thu hoạch, có thể áp dụng các biện pháp sau:

− Chặt mía khi trời rét hoặc hơi rét

− Khi chặt cho mía ngã theo chiều của luống, các cây mía gối lên nhau

phủ trên gốc cây kia)

− Chất mía thành đống có thể giảm sự phân giải đường

− Dùng lá mía thấm nước che trong lúc vận chuyển, có thể dùng nướctưới phun vào mía

1.3 Tính chất và thành phần nước mía

Mía là nguyện liệu chế biến đường, do đó quá trình gia công và điều kiện kỹthuật chế biến đường đều căn cứ vào mía, đặc biệt là tính chất và thành phần của nướcmía.Thành phần hóa học của mía phụ thuộc vào giống mía, đất đai, khí hậu, mức độchín, sâu bệnh,…

Hình 1: Thành phần của dịch mía đường sau khi ép

1.4 Lọc nước mía

Hình 2: Sơ đồ xử lý nước mía sau khi ép

Lọc là giai đoạn cuối để đưa ra được dịch mía trong và tách bỏ phần bùn đất và cácchất keo tụ có trong dịch mía.

có thể chảy ra thuận lợi Nếu áp lực lọc thấp, quá trình lọc không thể diễn ra

1.4.3 Quá trình lọc

Mục đích của lọc là loại đi hoàn toàn tạp chất không tan, để thu nước lọctrong đồng thời giảm phần đường trong bùn mà dùng nước rửa không nhiều Lọcnước mía có thể dùng vải lọc để ngăn chất không tan, nước lọc thu được tươngđối trong Có nhà máy dùng lớp lọc là lưới kim loại nhưng vì lưới có lỗ to, nướclọc không trong cần xử lý lại Dùng áp lực không quá lớn vì quá lớn sẽ nén lớp lọcrắn chắc (giới chất) làm mao quản giảm nhỏ, trở lực lọc tăng lên Đặc biệt làphương pháp vôi và phương pháp SO2, chất kết tủa trong lớp bùn tương đối xốp,mềm, dưới điều kiện áp lực dễ dàng biến dạng và bị nén chặt làm trở lực lọc tăng

rõ rệt, giảm tốc độ lọc Do đó, lúc hiệu số áp lực đạt đến một trị số nhất định,tốc độ lọc đạt trị số cực đại, lại tăng hiệu số áp lực thì không có hiệu quả Vìvậy, áp lực trong quá trình lọc cần điều chỉnh trị số thích hợp, đắc biệt lúc mới bắtđầu lọc không nên dùng áp lực cao ngay để tránh lớp bùn trên bề mặt vải lọc bịnén lại làm cho lọc khó khăn về sau Trong máy lọc chân không, vì dùng hiệu số áplực lọc có hạn nên không có vấn đề như nêu trên nhưng lúc chân không cao lọctương đối nhanh Kích thước (to, nhỏ) của mao quản có ảnh hưởng lớn đến tốc độ

và chất lượng quá trình lọc Mao quản tương đối thô làm cho dịch lọc thong quđược nhiều Thông thường chất kết tủa rắn và to hình thành mao quản tương đốilớn, còn mao quản giữa các hạt li ti (nhỏ) cũng rất nhỏ Nếu như chất kết tủatương đối xốp, mềm, dưới tác dụng của áp lực dễ dàng làm tắc mao quản, giảmtốc độ lọc đi nhanh chóng Trong làm sạch nước mía, anbumin và photphat canxitương đối nhiều làm chất kết tủa keo tụ lại hình thành hạt tương đối tốt, giảmđược tạp chất nổi li ti Sunfat canxi tương đối nhiều có thể làm chất kết tủa rắnchắc, giảm biến dạng dưới tác dụng của áp lực các chất trợ lắng cũng làm cho

khối kết tủa to lên, giảm tạp chất nổi tự do, các yếu tố đó đều có lợi cho lọc.Nhưng photphat canxi nhiều quá sẽ làm chất kết tủa quá xốp mềm, hoặc chất trợlắng phân bố không đều làm xuất hiện trạng thái keo bám trên lớp vải lọc thì cũngkhông có lợi cho quá trình lọc Thường các hạt kết tủa trong nước bùn không rắnchắc, khuấy mạnh làm cho chúng phân tán không có lợi (vỡ) Nước bùn chảy ra từmáy lọc nên trực tiếp đến máy lọc chân không, không qua bơm Khi cho chất trợlắng, nên cho chất trợ lắng và nước bùn vào thùng, sau khi hỗn hợp đầu mới chovào máy lọc chân không Ở nhiệt độ cao, lọc tương đối tốt lúc đó độ nhớt nướcmía giảm, chất kết tủa rất chắc Ngoài ra, còn dùng vụn bã mía để cải thiện hìnhthái bã lọc, giảm tính nhớt có lợi cho lọc nhưng tăng tổn thất đường trong bùn lọc.

1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến lọc

− Áp lực lọc và độ chân không (máy lọc chân không)

− Chiều dày lớp lọc

− Nhiệt độ và độ nhớt bùn

− Ảnh hưởng của hạt kết tủa

− Ảnh hưởng của quản lý thao tác

CHƯƠNG II: THIẾT BỊ LỌC CHÂN KHÔNG THÙNG QUAY2.1 Giới thiệu máy lọc chân không thùng quay

Máy lọc chân không thùng quay được ra đời rất sớm và hiệnđang được sử dụng rất phổ biến trong các nhà máy Loại máy nàyđược sử dụng khi yêu cầu có năng suất lớn nhưng nó có nhược điểm

là thiết bị cồng kềnh, cấu trúc phức tạp Là loại máy làm việc liêntục, nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hoá chất,thực phẩm, gốm sứ, luyện kim,

Máy lọc chân không thùng quay gồm 2 loại: Loại có bề mặt lọcbên ngoài và loại có bề mặt lọc bên trong Trong phạm vi bài tập lớnnày em xin chỉ đề cập đến loại máy có bề mặt lọc bên ngoài, gồm cócác bộ phận:

1 Thùng rỗng,bên trong chia thành các hốc hướng tâm

2 Bể chứa huyền phù, trong bể có khuấy trộn bằng cánh khuấy

để ngăn cho huyền phù không lắng cặn lại

3 Nắp phân phối (hay còn gọi là đầu phân phối)

4 Cơ cấu tháo bã và bộ phận miết các khe nứt trong bã

5 Lưới kim loại và vải lọc phủ xung quanh thùng

6 Bộ phận phun nước rửa bã

7 Hệ thống truyền động,

8 Các cổ trục của thùng nằm trong 2 ổ đỡ, một đầu cổ trục nốivới bộ phận truyền động, một đầu còn lại kề sát với nắp phânphối, Thùng quay chậm với tốc độ 0,1 tới 2,6 vòng/phút Huyềnphù liên tục chảy vào bể và để giữ cho mức huyền phù khôngđổi, trên bể có ống chảy về Thường 1/3 chiều cao thùng ngậpvào trong bể chứa huyền phù

Hình 3: Cấu tạo của một hệ thống lọc chân không thùng quay cơ bản

2.2 Nguyên lý hoạt động

Thùng quay một nhúng vào bể chứa huyền phù, trong bể cócánh khuấy để giữ không cho huyền phù phân lớp Thùng quay cóđục lỗ, trên bề mặt thùng được phủ lưới kim loại và vải lọc Bên trongthùng rỗng được hút chân không Nước lọc chui qua lớp vải lọc, lướikim loại , qua các lỗ của thùng rồi vào các ngăn hướng kính, rồi vàocác rãnh của trục rỗng, qua đầu phân phối rồi vào thùng chứa Tuỳtheo tính chất huyền phù và yêu cầu của quá trình lọc mà độ nhúngchìm của thùng vào khoảng 0,3m đến 2m (tương ứng với góc ở tâm120˚ đến 140˚) Bã bám vào mặt ngoài của vải lọc và được tách ranhờ dao cạo bã Bộ phận phức tạp nhất của máy lọc này là đầu phânphối Đầu phân phối dùng để nối liền thùng quay với các đường ốnghút chân không và không khí nén Nó gồm một đĩa cố định và môtđĩa di động Các lỗ trên đĩa di động ăn thông với một ngăn của thùngquay, còn các lỗ trên đĩa cố định nối với các đường ống dẫn nước lọc,nước rửa và không khí nén Khi thùng quay (đĩa di động quay), mỗimột lỗ của đĩa di dộng lần lượt thông với các đĩa của đĩa cố định

Hình 4: Cấu tạo đầu hút và tấm lỗ

Hình 5: Cấu tạo đường ống dẫn

Do đó cứ một vòng quay thì một ngăn của thùng đều được thựchiện tất cả các giai đoạn của quá trình lọc là : lọc, sấy khô lần 1, sấykhô lần 2, cạo bã và hoàn nguyên vải lọc Khu vực lọc, tất cả cácngăn của khu vực này đều được hút chân không, nhờ vậy nước lọc điqua lớp vải, qua các lỗ của thùng rồi vào các ngăn của thùng, đi lêntrục rỗng, qua đầu phân phối và đi đến thùng chứa, bã bám trên bề

mặt ngoài của vải lọc Khu vực sấy bã lần 1, tiếp tục hút chân không

để tách nốt phần nước lọc còn nằm trong bã, bã vẫn bám chặt trên

bề mặt vải lọc Khu vực rửa bã, ở khu vực này vẫn tiếp tục hút chânkhông bên trong thùng , nước rửa được tưới lên bề mặt bã nhờ vòiphun, chui qua lớp bã và lớp vải lọc rồi vào các ngăn, lên trục rỗngqua đầu phân phối rồi đi ra ngoài bằng một đường khác với đườngdẫn nước lọc Khu vực sấy bã lần 2, tiếp tục hút chân không để táchphần nước rửa còn lại trong bã đồng thời ép bã, tránh nứt lớp bã Khuvực cạo bã, thổi không khí vào các ngăn thuộc khu vực này để bãbong ra,dễ cạo bã hơn Khu vực hoàn nguyên vải lọc, không khí nénthổi vào các hốc làm cho vải phồng lên, các hạt bã còn bít lỗ vải lọc

sẽ được thổi bung ra Để giữ cho vải lọc không bị giãn dài khi thổi khínén vào, người ta dùng sợi dây mỏng quấn theo đường xoắn toàn bộ

bề mặt thùng, hai đầu dây buộc chặt vào thành bên của thùng Vớimáy lọc lớn thì số đầu phân phối là 2, với máy lọc nhỏ thì chỉ cần 1đầu phân phối là đủ

Trên đây là phần trình bày về cấu tạo chung của máy lọc chânkhông thùng quay một cách đầy đủ, nhưng trên thực tế do đặc điềmyêu cầu của việc lọc khác nhau tuỳ từng trường hợp mà người ta cóthể bỏ bớt các giai đoạn không cần thiết nhằm rút ngắn quá trìnhlọc, giảm tiêu tốn năng lượng và các thiết bị phụ trợ

Hình 6: Thiết bị lọc chân không thùng quay

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ LỌC CHÂN

KHÔNG THÙNG QUAY3.1 Tính toán công nghệ thiết bị

3.1.2 Thời gian lọc của 1 chu trình

Thời gian một chu tr:

l b r C b

P

µ

=

∆

Trong đó:

3 1

1 0,3 70927,5 / 8.10 5.10 77,8

2194 s / 2.70927,5

1 0,8 1

long ran

C

C C

ρρ

3,89.10

0,1 5.10 77,8

2

2

b r b r

r C b

N m

)

2 70927,5 /

3.1.3 Tính chọn các góc làm việc

Góc rửa:

45 10

r l

ctr

τϕ

s ctr V

V

τ πη

s ctr V

V

τ πη

3.3 Công suất truyền động thùng quay

Công suất truyền động của máy lọc chân không thùng quay làm việc dùng đểkhắc phục các mômen trở lực sau đây:

− Mômen trở lực do lớp bã không cân bằng gây ra khi thùng quay

M1

− Mômen trở lực cạo bã M2

− Mômen trở lực do thùng quay ma sát với huyền phù M3

− Mômen trở lực do ma sát của đầu trục máy lọc với nắp phânphối M4

− Mômen trở lực do ma sát trong các ổ đỡ của trục máy lọc M5

3.3.1 Mômen trở lực do lớp bã không cân bằng gây ra khi thùng quay M 1

Thường bã phủ 3/4 bề mặt lọc của thùng vì thế sự mất cân bằng do thiếu 1/4 bềmặt lọc

.

2

f P D

M = N m

Trong đó: