Tiểu luận tìm hiểu máy lọc ly tâm

Dựa vào đối tượng phân riêng, quá trình ly tâm có thể được phân loại như sau : Ly tâm để phân riêng hai chất lỏng không tan vào nhau : hệ nhũ tương nước trong dầu w/o hoặc hệ nhũ tương d

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC:

Mục lục

MÁY LỌC LY TÂM

I.Cơ sở khoa học 3

II.Giới thiệu chung và phân loại 5

1.Phương pháp lọc ly tâm 6

a.Công dụng 6

b Ưu điểm 6

c Nguyên lý hoạt động 7

2.Phân loại 8

III.Cấu tạo Máy lọc ly tâm 9

IV.Đặc tính kĩ thuật 17

V.Một số máy lọc 18

a.Các máy ly tâm làm việc gián đoạn 18

a.1 Máy ly tâm ba chân 18

a.2 Máy ly tâm kiểu treo 18

a.3 Máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng dao 18

b.Các máy ly tâm làm việc liên tục 22

b.1.Máy ly tâm nằm ngang làm việc liên tục, tháo bã bằng pittông 22

b.2 Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm 22

I CƠ SỞ KHOA HỌC.

Ly tâm là quá trình sử dụng lực ly tâm để phân riêng các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau Động lực của quá trình là lực ly tâm và yếu tố khác biệt để phân riêng là khối lượng riêng Sự khác biệt khối lượng riêng càng lớn thì quá trình phân riêng được thực hiện càng dễ dàng

Dựa vào đối tượng phân riêng, quá trình ly tâm có thể được phân loại như sau :

Ly tâm để phân riêng hai chất lỏng không tan vào nhau : hệ nhũ tương nước trong dầu (w/o) hoặc hệ nhũ tương dầu trong nước (o/w)

Ly tâm để phân riêng hệ huyền phù : quá trình thường được sử dụng để làm

“ trong ” các huyền phù - còn gọi là ly tâm lắng

− Theo phương thức làm việc: máy ly tâm làm việc gián đoạn, máy ly tâm làm việc liên tục và máy ly tâm tự động

− Theo kết cấu của bộ phận tháo bã: máy ly tâm tháo bã bằng dao; máy

ly tâm tháo bã bằngvít xoắn; máy ly tâm tháo bã bằng pittông

− Theo giá trị yếu tố phân ly phân ra máy ly tâm thường và máy ly tâm siêu tốc

− Theo kết cấu trục và ổ đỡ phân ra: máy ly tâm ba chân và máy ly tâm treo.

Khi lựa chọn máy ly tâm cần phải dựa vào các đặc tính công nghệ của chúng và các tính chất lý học của vật liệu đem gia công ( độ phân tán của pha rắn, độ nhớt của pha lỏng và nồng độ của nó )

Nồng độ huyền phù bằng tỷ số của lượng pha rắn và tổng lượng huyền phù Nồng độ huyền phù có thể thể hiện bằng phần trăm theo khối lượng hay phần trăm theo thể tích Hiệu nồng độ giữa pha rắn và pha lỏng càng lớn thì năng suất của máy ly tâm lắng càng cao

Lực ly tâm P l ( N ) là động lực của quá trình ly tâm :

g

ω Ω

= = =

Trong đó : - m : khối lượng của máy và chất lỏng , kg

- v : vận tốc biên , m/s

- R : bán kính trong của thùng quay , m

- G : trọng lượng của vật thể quay , N

g

ω Ω

= ≅

Yếu tố phân chia càng cao thì khả năng phân chia của máy càng lớn Yếu

tố phân chia sẽ tăng đáng kể khi tăng số vòng quay của roto Ký hiệu năng suất của máy là chỉ số cơ bản của máy hoạt động :

Trong đó : F l là diện tích bề mặt lắng của xilanh , m2

GIỚI THIỆU CHUNG VÀ PHÂN LOẠI VỀ PHƯƠNG PHÁP LỌC LY TÂM

Các thiết bị ly tâm huyền phù

Các máy ly tâm được ứng dụng rộng rãi để tách các tiểu phần ổn định trong dung dịch các chất hoạt hoá sinh học, các dung dịch rượu khỏi chế phẩm hoạt hoá làm lắng metanol, axetol và các dung môi hữu cơ khác, tách sinh khối khỏi dung dịch canh trường, cũng như việc phân chia các hỗn hợp chất lỏng hay huyền phù

Các hệ phân tán thô thường được phân chia dưới tác động của trọng lực Tuy nhiên khi tỷ trọng của các cấu tử có độ chênh lệch nhỏ và độ nhớt của chất lỏng không đồng nhất cao thì sự lắng xảy ra rất chậm Do ứng suất của trường lực ly tâm quán tính lớn hơn nhiều lần ứng suất của trường trọng lực, cho nên việc phân chia dưới tác động của trường lực ly tâm xảy ra rất nhanh

và hoàn toàn

Trong các thiết bị công nghiệp việc phân chia bằng phương pháp ly tâm được ứng dụng để tách các tiểu phần có kích thước từ 25mm đến 0,5μm Phương pháp ly tâm dựa trên cơ sở của trường ly tâm tới hệ không đồng nhất gồm hai hoặc nhiều pha Ly tâm các hệ chất lỏng không đồng nhất được thực hiện bằng hai phương pháp : lọc ly tâm qua tường đột lỗ của roto, vách lọc được đặt ở phần trong roto ( máy ly tâm lọc ) và qua roto lắng có đoạn ống liền ( máy ly tâm lắng ) Các máy ly tâm thuộc hai dạng này được bịt kín, có thiết bị điện an toàn và thải cặn ở phía trên bằng phương pháp thủ công Dẫn động máy ly tâm được thực hiện từ động cơ qua truyền động bằng dây đai hình thang Trong các máy loại này có khoá liên động cho động cơ

và nắp vỏ khi giảm áp suất khí trơ trong các khoang vỏ dưới 1470 Pa Các chi tiết của máy tiếp xúc với sản phẩm được chế tạo bằng thép 12X18H10T Đồng thời các máy ly tâm tổng hợp kết hợp cả hai nguyên tắc phân chia lọc - lắng cũng được sử dụng

Khái quát về máy lọc ly tâm

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 học 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 3 Quá trình lọc ly tâm bằng lưới lọc (vách ngăn lọc)

l Phương pháp lọc ly tâm

a Công dụng của phương pháp lọc ly tâm

Hiện nay giá thành của nhiều liệu nhẹ (D.O) cao hơn rất nhiều so với giá thành của nhiên liệu nặng có chât lượng xấu, độ nhớt cao và có nhiều tạp chất Do đó nếu sử dụng loại nhiên liệu tốt (D.O) thì sẽ làm tăng chi phí khai thác của con tàu so với việc dùng loại nhiên liệu nặng (F.O) rẻ tiền Nếu chúng ta lắp đặt thêm một hệ thống xử lý nhiên liệu để loại bỏ bớt các tạp chât có trong chúng (ví dụ như hâm sấy, làm sạch bằng lọc ly tâm) thì việc

sử dụng nhiên liệu nặng sẽ giảm chi phí và làm tăng tính kinh tế cho con tàu

Hệ thống lọc dầu ly tâm dưới tàu thuỷ là một hệ thống kín nên việc nâng nhiệt độ lọc lên cao vẫn không ảnh hưỡng đến hệ thống mà vẫn đảm bảo an toàn, đồng thời loại bõ được các tạp chất chứa trong dầu mà khi ở trong nhiệt độ thấp không thể loại bỏ được

Việc vận hành khai thác hệ thống lọc an toàn và có sản lượng lớn, thời gian lọc nhanh Dầu nhờn sau khi được lọc ly tâm để làm sạch và tách nước được tuần hoàn trở lại động cơ, điều này mang lại hiệu quả kinh tế cao, kéo dài thời gian sử dụng của dầu, giảm chỉ phí cho khai thác hệ động lực

b Ưu điểm của phương pháp lọc ly tâm

Ưu điểm nổi bật của phương pháp lọc bẳng phân ly ly tâm là có thể lọc được thể lỏng nhũ tương huyền phù Vì nhiệt độ phân ly cao, độ nhớt của dầu giảm, nên nó giảm được sức cản gây ra bởi độ nhớt cho nên có thể tách được các tạp bẩn có độ chênh trọng lượng riêng rất nhỏ ra khỏi dầu mà các phương pháp xử lý khác như lắng gạn tự nhiên không làm được 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, vì là hệ thông hở nên nó bị khống chế bởi nhiệt độ bén lửa.

Ngoài ra khi lọc bằng phương pháp phân ly ly tâm thì nó không chịu ảnh hưỡng của điều kiện bên ngoải (như tàu nghiêng lắc) Tuy nhiên 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 vành 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

c 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 kích 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

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

Còn ω2 = ( 2πn) , với n: Số vòng quay của roto trong 1 giây , n, 1/s và

∆PL = 20ρh(R2 - R20)n2 = S

R n

∆P: Áp suất thủy tĩnh của chất lỏng trong roto

Như vậy áp suất ly tâm bằng áp suất thủy tĩnh nhân cho yếu tố phân ly ф

Ф = g

R

2

ω

2 Phân loại máy lọc ly tâm.

Máy lọc dầu ly tâm hiện nay có rất nhiều loại, ta có thể phân

theo các dạng sau:

a Theo hình dạng trống lọc

Máy lọc dầu ly tâm hình trụ

Máy lọc dầu ly tâm hình nón

b Theo đặc điểm lọc của máy lọc

Máy lọc dầu ly tâm hai pha

Máy lọc dầu ly tâm ba pha

c Theo nguyên lý xả cặn

Máy lọc tự xả cặn

Máy lọc không có tự xả cặn

Máy lọc xả cặn liên tục

Hiện nay trong thực tế chỉ sử dụng loại máy lọc ly tâm hình nón có xả cặn vì

nó có rất nhiều ưu diểm so với loại khác Kết cấu các loại máy lọc chỉ khác nhau về đặc điểm của trống lọc Dưới đây giới thiệu một số loại trống lọc

III CẤU TẠO CỦA MÁY LỌC LY TÂM

Cấu trúc máy lọc dầu ly tâm có sơ đồ như hình 8.8 Các phần chính của máy lọc dầu ly tâm bao gồm: Nắp máy lọc, động cơ điện lai, ly hợp ma sát, bánh răng trục ngang, bơm dầu, thân máy lọc, trục đứng, trống lọc

Động cơ điện lại quay truyền chuyển động cho trục ngang qua ly hợp ma sát làm trục ngang quay Trục đứng ăn khớp với trục ngang qua cặp bánh vít trục vít nên khi trục ngang quay thì trục đứng cũng quay theo với tốc độ lớn hơn bốn lần tốc độ trục ngang Khi trục đứng qụay thì trống lọc đặt trên đầu trục đứng cũng quay theo với tốc độ quay bằng tốc độ quay của trục đứng.Trên máy lọc còn lắp đặt thêm một số thiết bị khác như: đường dầu chưalọc vào, đường dầu sạch ra, đường nước ra Cửa hút bơm được nối với két dầu cần lọc, còn cửa đẩy của bơm được nối với két dầu sạch

Thân trống 10 và nắp trống 5 được cùng với nhau bằng vành hãm 18 Trong trống lắp một trục phân phối số 8 và bộ đĩa số 7 tại đó dầu chảy qua và thực hiện quá trình phân ly trong đó Trên chồng đĩa có lắp một đĩa trên cùng số

6 Đĩa trên cùng và vành chặn tạo ra khoang riêng biệt trong đó lắp cánh bơm 3 đễ bơm dầu sạch Nước được tách ra chảyvào khoang cách biệt bên trên của trống qua vành điều chỉnh 2, vành điều chỉnh được lắp vào nắp trống bằng một vành hãm nhỏ 19 và cũng hình thành phần trên của khoang phân cách bên trên Ðối với loại máy lọc được lắp cánh bơm 1, chất lỏng nặng (nước) rời khỏi trống qua vànhđiều chỉnh 2

Hình 8.8 Cấu tạo chung của máy lọc

a Trống lọc

Hình 8.9 Cấu tạo trống của máy lọc

Chức năng của một số bộ phận chính trong máy lọc được đưa ra dưới đây.

Nắp trống lọc (Bowl hood): Nắp trống được cố định với thân trống bởi đai

ốc hãm, nắp trống kết hợp với thân trống tao thành không gian phân ly của máy lọc

Trống trượt dưới(Sliding bowl bottom): là phần thấp nhất của trống lọc mà

nó có thể trượt lên, xuống trong thân trống để đóng hoặc mở trống

Thân trống(Bowl body): Lả phần chính kết hợp giữa nắp trống với trống

trượt dưới tạo thành không gian phân ly

Gioăng miệng nắp trống lọc (Mail seal ring): Ðể làm kín không gian phân

ly giữa nắp trên của trống lọc với nắp trượt dưới của trống lọc Gioăng này

là gioăng nhựa có kết cấu hình thang

Vành đai ốc cố định trống (Lock ring of Main bowl): Để cố định nắp trống

Chồng đĩa lọc (Disc set): Là toàn bộ các đĩa lọc xếp chồng lên nhau Chúng

tạo thành bề mặt phân ly hiệu quả Chồng đĩa được sếp chồng lên nhau và được cố định bởi thiết bị phân phối dầu Một chồng đĩa có khoảng 100-110 đĩa

Vành điều chỉnh (Gravity disc): Là vành dẫn nước đã đựợc phân ly ra khỏi

trống lọc Đường kính trong của vành điều chỉnh quyết định vị trí mặt phân cách giữa pha dầu và pha nước

Cửa xả cặn trên thân trống (Sludge discharge ports): Là cửa xả cặn từ bên

trong thân trống lọc

b Cơ cấu truyền động

Động cơ điện truyền động cho trống qua khớp nối ma sát và bánh vịt Khớp nối ma sát có tác dụng làm cho quá trình khởi động và tăng tốc êm đồng thời ngăn quá tải cho bánh vít và động cơ điện Bánh vít được sử dụng để làm tương thích tốc độ của trống với tốc độ của động cơ Ổ đỡ trên của trục đứng được lắp trong một hộp lò xo để giảm độ ăn mòn của vòng bi và ngăn truyền dao động của trống tới khung và bệ của máy lọc

c Phanh

Khi dừng máy lọc luôn dùng phanh để giảm thời gian giảm tốc của trống, như vậy nhanh chóng vượt qua tốc độ cộng hưởng

d Cánh bơm và bơm bánh răng

Một đĩa tĩnh đựợc lắp trong máy lọc gọi là một cánh bơm, cánh bơm này nhúng vào phần chất lỏng quay và bơm chất lỏng rạ ngoài Hình vẽ trên là một cánh bơm được lắp trong một khoang trên nắp máy lọc và có tác dụng bơm dầu sạch

Bơm cấp cho tất cả các máy lọc đều là bơm bánh răng và được dẫn động bởi trục nằm ngang

Hình 8.12 Cánh bơm hướng tâm Hình 8.13 Bơm bánh răng

Hình 8.l5 Thiết bị cấp nước điếu khiển Máy lọc Alfa-laval

Xả cặn được thực hiện qua một số lỗ xả cặn trên thành trống Giữa các lỗ xả cặn được đóng bằng một trống trượt dưới (8), trống trượt hoạt động bên trong trống, nằm trong khu vực phân ly Trống trượt được đẩy lên, tỳ vào gioăng kín chính để đóng của xả cặn nhờ áp suất chất lỏng tác dụng vào phía dưới của nó Áp suất này do chất lỏng nằm trong miền ly tâm của trống quay với tốc độ lớn sinh ra Chất lỏng hoạt động tác động lên trên lớn hơn áp suất hướng xuống của chất lỏng bên trên Do bên dưới van trượt có bề mặt chịu tác dụng lớn hơn hơn mặt trên và bán kính quay lớn bán kính quay của khối chất lỏng bên trên Nước hoạt động được cấp vào bên dưới qua đĩa cắp nước Lượng rò lọt hoặc bay hơi của nước hoạt động được cấp bổ xung tự động qua đĩa cấp nước, đĩa này duy trì một mực nước không đổi theo chiều nằm ngang vì quá trình bơm của nó được tạo ra bởi áp suất tĩnh từ két nước

áp suất thấp

Quá trình xả cặn nước áp suất thấp bị cắt, nước áp suất cao cấp bên ngoài ống, ống rộng hơn để nó chay qua mép thấp hơn của đĩa chia nước và liên tục chảy vào kênh bên ngoài tới khu vực trên vành trượt (4) Vành trượt bị

ép xuống thắng sức đẩy của lò xò bên dưới, nó bị đẩy xuống nhờ áp lực của chất lỏng Van xả được mở làm cho nước bêndưới trống trượt (8) chảy ra ngoài, chất lỏng bên dưới trống trượt bị xả hết ra ngoài Trống trượt được đẩy xuống và mở lỗ xả cặn Cặn trong trống được xả ra ngoài qua các lỗ xả cặn trên thân trống Khi trống trượt dưới trượt xuống vị trí dưới cùng thì van cấp nước mở trống động lại, nước bên trên của vành trượt chảy qua lỗ tiết lưu (5) Khi nước chảy hết qua lỗ tiết lưu (5), thì lò xo đẩy đĩa trượt (4) đi lên, đóng cửa thoát nước (3) Nếu ta cấp nước từ két trọng lực với lưu lượng nhỏ vào khoang đóng trống thì nước này do lực ly tâm lớn sẽ tạo ra lực nâng lớn đẩy trống trượt dưới đi lên đóng kín cửa xả cặn