Phân riêng hệ lỏng không đồng nhất | Bài giảng môn quá trình thiết bị | Đại học Bách khoa hà nội

PHÂN%RIÊNG%
HỆ%LỎNG%KHÔNG%ĐỒNG%NHẤT
(Phân%riêng%bằng%cơ%học)
Giảng&viên:&Nguyễn&Minh&Tân&
Bộ&môn&QT7TB&CN&Hóa&học&&&Thực&phẩm
Trường&Đại&học&Bách&khoa&Hà&nội Lọc Khái niệm
-Tách hỗn hợp rắn- lỏng thành nước trong và bã nhờ vách ngăn -Quá trình lọc:
1. Tạo bã và sản xuất nước trong 2. Rửa bã sơ bộ 3. Rửa bã triệt để
4. Tách bã khỏi vách ngăn 5. Làm sạch vách ngăn
-Bước 2 – 5: lọc gián đoạn
-Bước 1 – 5; lọc liên tục
-Động lực của quá trình là chênh lệch áp suất:
•Lọc áp suất thủy tĩnh •Lọc áp lực
•Lọc chân không Lọc
Bản chất vật lý của quá trình lọc h ! w = k z! k: hằng số lọc
h: chiều cao thủy tĩnh của chất lỏng tại chiều cao z của vách ngăn w: vận tốc lọc Lọc
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc Huyền phù:
Nồng độ, kích cỡ bề mặt,
dạng, tính ỳ, độ phân tán,
nhiệt độ , độ nhớt, tính điện ly,… Vách lọc
Thể tích mao quản, độ lớn mao quản, trở lực dòng Chênh lệch áp suất
Áp suất 2 phía vách lọc, vận tốc dòng qua vách
lọc, cấu tạo và trợ lực của lớp bã, dòng chuyển động của chất lỏng Lọc
Các$yếu$tố$ảnh$hưởng$đến$quá$trình$lọc
Ảnh hưởng của lớp bã Lọc
Các$yếu$tố$ảnh$hưởng$đến$quá$trình$lọc
•Ảnh hưởng của kích thước hạt rắn
•Ảnh hưởng của bề mặt dạng hạt và tính ỳ của hạt
•Ảnh hưởng của dòng chảy
•Ảnh hưởng của áp suất Lọc
Các$yếu$tố$ảnh$hưởng$đến$quá$trình$lọc
•Ảnh hưởng của nồng độ huyền phù Lọc
Các$yếu$tố$ảnh$hưởng$đến$quá$trình$lọc
•Ảnh hưởng của nhiệt độ Lọc
Phương'trình'Hagen'– Poiseuil er'và'D arcy
Lớp bã tạo bảo tập hợp hạt, hình thành các mao quản song song với nhau theo hướng dòng chảy
Nước trong chảy dòng qua lớp bã d # 2 d 2 p $ ! d 2 p $ ! Pt Hagen-Poiseuiller V = Fn = F" 4 32 H µ 32 H µ 2
V: thể tích nước trong đi qua lớp bã trong thời gian ! d !
F: bề mặt tiết diện của lớp bã k = 4
n: số lượng mao quản tính theo một đơn vị diện tích n = ! 32 " 2 d
ε : độ xốp của lớp bã d: đường kính mao quản
Δp: hiệu số áp suất hai bên vách lọc
H: chiều dài mao quản ( chiều cao lớp bã) Pt D arcy
µ: độ nhớt của nước trong k: hằng số lọc V p " pF " ! q = = k V = k F! H µ H µ Lọc Phương'trình'lọc'chung
Lượng bã thu được bằng lượng rắn có trong huyền phù: (1#" )HF! =V r ! r
r: quan hệ giữa lượng bã
và lượng nước trong huyền phù pF " ! dV F 2 ! k 1% $ r ( " ) p0 V = k = # d ! Vr µ H µ Pt D arcy p
! 0 : tổn thất áp suất qua lớp bã trở lực lớp bã: # = 1 Thay giá trị trở lực " k r (1$ ! ) lớp bã vào pt D arcy và lấy tích phân với p ! = const 0
V: thể tích nước trong đi qua lớp bã trong thời gian !
F: bề mặt tiết diện của lớp bã
n: số lượng mao quản tính theo một đơn vị diện tích
ε : độ xốp của lớp bã d: đường kính mao quản
Δp: hiệu số áp suất hai bên vách lọc 2F # 2 $ 2 p V 0 =
H: chiều dài mao quản ( chiều cao lớp bã) r!µ"
µ: độ nhớt của nước trong : k: hằng số lọc Lọc
Tich phân biến đổi từ phương trình cân bằng vật liệu: Phương'trình'lọc'chung # H C 2H d H # = dH ! ! p " 0 0 µ Với C = 1# 1# # H ( j j 2 " k j)["r ( )( ! ) " !]
Coi trở lực của vách ngăn tương đương với trở lực của một lớp bã có bề dày Htđ
ứng với lượng nước trong đi qua là Vtđ # H C H H d H H H ( 2 + td ) ( + td ) ! # d = ! "p 0 0 Thay với Lấy tích phân với p
! = const V = const p
! = const H = const td td "r!µ Với C = V 2 C 2 + 2 C 2 + 2 V (V VVtđ ) H (H H Htđ ) " = . " = p ! F 2 p ! : Lọc Phương'trình'lọc'chung C 2 + 2 V (V VVtđ ) F 2 2 p " " = 2 V + VV 2 = ! tđ F p ! CV Hoặc V 2 VV 2 p " tđ + = ! F 2 F 2 CV
Phương trình lọc chung V 2 + V 2 C = K! F F V V = F F
C : đặc trưng thủy lực của vách ngăn (m3/m2)
K : đặc trưng tính chất của bã lọc (m2/s) Phương'trình'lọc'chung
Phương trình lọc chung V 2 + V 2 C = K! F F V V =
C : đặc trưng thủy lực của vách ngăn (m3/m2) F F
K : đặc trưng tính chất của bã lọc (m2/s)
Ví dụ 1: Tính thời gian lọc để có được m lít nước trong theo 1
m2 bề mặt lọc. Qua thực nghiệm trên máy lọc thu được a lít
nước trong mất t1 phút và b lít mất t2 phút theo 1 m2 bề mặt lọc.
Cho m = 20 lít, a = 1 lít , t1 = 2,55 phút , b = 3 lít , t2 = 14,5 phút. Phương'trình'lọc'chung
Phương trình lọc chung V 2 + V 2 C = K! F F V V =
C : đặc trưng thủy lực của vách ngăn (m3/m2) F F
K : đặc trưng tính chất của bã lọc (m2/s)
Ví dụ 1: Tính thời gian lọc để có được m lít nước trong theo 1
m2 bề mặt lọc. Qua thực nghiệm trên máy lọc thu được a lít
nước trong mất t1 phút và b lít mất t2 phút theo 1 m2 bề mặt lọc.
Cho m = 20 lít, a = 1 lít , t1 = 2,55 phút , b = 3 lít , t2 = 14,5 phút. Thay số: 12 + 2. 1. C = K. 2,55 32 + 2. 3. C = K. 14,5 Giải được:
Vtđ = 0,36 (l/m2), K = 0,764 (l2/m4ph)
Thay Vtđ , k vào phương trình tính được thời gian:
202 + 2. 20. 0,36 = 0,764 . !
Tính được: ! = (202 + 2. 20. 0,36) / 0,764 = 542,4 phút " 9,04 (h) Phương'trình'lọc'chung
Phương trình lọc chung V 2 + V 2 C = K! F F V V =
C : đặc trưng thủy lực của vách ngăn (m3/m2) F F
K : đặc trưng tính chất của bã lọc (m2/s)
Ví dụ 2: Dùng máy lọc khung bản để lọc huyền phù trong t giờ
đạt được lượng nước trong a m3. Tiến hành thí nghiệm ở cùng
điều kiện (cùng áp suất và chiều dày lớp bã) thấy K = 20,7.10-4
m2/h, C = 1,45.10-3 m3/m2.
Tính bề mặt lọc. Cho t = 2 h, a = 4 m3 Phương'trình'lọc'chung
Phương trình lọc chung V 2 + V 2 C = K! F F V V =
C : đặc trưng thủy lực của vách ngăn (m3/m2) F F
K : đặc trưng tính chất của bã lọc (m2/s)
Ví dụ 2: Dùng máy lọc khung bản để lọc huyền phù trong t giờ
đạt được lượng nước trong a m3. Tiến hành thí nghiệm ở cùng
điều kiện (cùng áp suất và chiều dày lớp bã) thấy K = 20,7.10-4
m2/h, C = 1,45.10-3 m3/m2.
Tính bề mặt lọc. Cho t = 2 h, a = 4 m3 V 2
F + 2. VF. 1,45. 10-3 = 20,7. 10-4. 2 và F = v/VF Hoặc : V 2
F + 2. VF. FC = K. F2. !
42 + 2. 4. F. 1,45. 10-3 = 20,7. 10-4. 2. F2 Tính được: F = 63,4 m2. Phương'trình'lọc'chung
Phương trình lọc chung V 2 + V 2 C = K! F F V V =
C : đặc trưng thủy lực của vách ngăn (m3/m2) F F
K : đặc trưng tính chất của bã lọc (m2/s)
Ví dụ 3: Máy lọc chân không thùng quay có bề mặt lọc chiếm 35
% bề mặt thùng, làm việc liên tục ở độ chân không 600 mmHg
dùng để lọc huyền phù.
Tính bề mặt lọc của thùng, nếu biết máy lọc làm việc sau 32 s có
K = 13,22 l2/m4.s và Vtđ = 6 l/m2; Năng suất tính theo nước trong
1,94 l/s. Cho khối lượng riêng của huyền phù ! = 1120 , của nước trong 1000 kg/m3. Phương'trình'lọc'chung
Ví dụ 3: Máy lọc chân không thùng quay có bề mặt lọc chiếm 35
% bề mặt thùng, làm việc liên tục ở độ chân không 600 mmHg
dùng để lọc huyền phù.
Tính bề mặt lọc của thùng, nếu biết máy lọc làm việc sau 32 s có
K = 13,22 l2/m4.s và Vtđ = 6 l/m2; Năng suất tính theo nước trong
1,94 l/s. Cho khối lượng riêng của huyền phù ! = 1120 , của nước trong 1000 kg/m3.
Tính lượng nước trong theo CT: V 2 F + 2. VF. C = K. " V 2
F + 2. VF. 6 = 13,22. 32 V = 0,48 (l/m2. s)
Bề mặt lọc của thùng: v 1 94 , 1 1 F = ! = ! = ( 34 , 11 2 m ) V 35 , 0 , 0 48 35 , 0 Lọc Lọc gián đoạn Năng%suất%lọc
Lọc gián đoạn bao gồm cac công đoạn : lọc, rửa bã, sấy bã, tháo bã, làm sạch và thay vải lọc. Phải giảm
thời gian chết tức là các công đoạn đóng mở van, làm sạch phải đạt thời gian ngắn nhất F 2 2 p # " # 2
Lọc với áp suất không đổi: V t = t # = # + $ µ j ! t µ j " p !
Đặt điều kiện đạo hàm bằng 0 để có Vmax F 2 p $ # "FQ
Lọc năng suất không đổi: V = max 2# µ t jQ ! # = # + $ t µ j " p ! max
Đặt điều kiện đạo hàm bằng 0 để có Vmax
Va: thể tích nước trong thu được trong thời gian !a
!: thời gian lọc của một chu kỳ
!t: thời gian mở máy, làm sạch máy
V: thể tích nước trong thu được sau một chu trình lọc (trong thời gian !) Q: Vận tốc lọc, dV Q = ! d Lọc
Năng suất lọc tính theo điều kiện làm việc Năng%suất%lọc
- Có thể xác định năng suất lọc dựa trên điều kiện làm việc thực tế : khảo sát sự phụ thuộc giữa thời gian
với trở lực và năng suất lọc
- Quan hệ phụ thuộc giữa áp suất và năng suất dễ dàng xác định bằng cách đo áp suất và thể tích bể lọc - Theo Tiller :
g(1" jm) p" p = p 0 i
m : tỉ số giữa lượng bã ướt và lượng bã khô V =
! dps p: áp suất làm việc j µ Q $
#p pi : áp suất ở bề mặt phân giới giữa bã và vách ngăn 0
ps : tổn thất áp suất trong lớp bã g ; gia tốc tọng trường dV Q = "p0 ! dp d
# = ! s trở lực riêng trung bình của lớp bã #p 0 dV g(1 jm) " # p0
quan hệ V=f(!) có dạng parabol với quá V =
! dps trình lọc áp suất thay đổi và có dạng d& j µ % $ 0 P
đường thẳng với áp suất không đổi Hoặc
Các bước tính năng suất: p # 0 dp dV j µ $ - xác định quan hệ p-V s = V "
- xác định áp suất pi, ps & d% g 1! 0 P ( jm) - tính được Q