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)
Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm
Trường Đại học Bách khoa Hà nội Máy ly tâm Khái niệm cơ bản Xyclon lỏng
- Huyền phù được đưa vào xyclon với vận tốc lớn theo phương tiếp tuyến, chuyển động
xoáy tròn, được phân riêng nhờ chênh lệch khối lượng riêng Máy lắng ly tâm
- Lắng nhờ lực ly tâm với thùng liền không đục lỗ, phân riêng nhờ chênh lệch khối lượng
riêng, gồm 2 giai đoạn : lắng hạt rắn và nén bã Máy lọc ly tâm
- Lọc nhờ lực ly tâm với thùng liền có đục lỗ, gồm 3 giai đoạn: tạo bã, nén bã và tách chất
lỏng còn lại trong bã
Ứng dụng của quá trình ly tâm:
- Làm sạch các chất lỏng khác nhau
- Tách các hạt rắn ra khỏi dung dịch
- Đạt được độ phân ly lớn, đặc biệt đối với huyền phù có đường kính hạt nhỏ. Máy lắng ly tâm Yếu tố phân ly Kp
Dung dịch trong thùng quay theo thùng
do chịu tác dụng của lực ly tâm: 2 P  mb D 2 z     b     n2D 2  30  1800 2 b   r 2 2mu D 2 2 u  n P    m   mr    z D 2 r 30
m: Khối lượng cửa vật thể chuyển động, kg u: Vận tốc vòng, m/s
r: Bán kính chuyển động, m ω : Vận tốc góc, v/ph b: Gia tốc, m2/s Máy lắng ly tâm Yếu tố phân ly Kp
K : tỉ lệ giữa lực ly tâm và trọng lực P 2 2 2 P b  n D rn K z     P G g g 1800 900 2  1 g n: 4000 – 1500v/ph K : 300 – 50000 p
K phụ thuộc: - r (bán kính thùng) P
- n (số vòng quay) Máy lắng ly tâm
Bề mặt chất lỏng trong thùng G 900 OM  r OM  P 2 z n 2 Grn OM G P   z 900 MK Pz
Phương trình đường Parabol: y2  2Px Cụ thể: 2  30  y2  2  x  n  Máy lắng ly tâm
Bề mặt chất lỏng trong thùng Tại điểm K 2 P dL r tg z     G dr g r 2  dL  dr g Lấy tích phân 2  dL dr r    g 2 
C: hằng số tích phân đặc trưng cho điều kiện L  R2  C
của điểm xét nằm phía trên của gờ thùng 2g Máy lắng ly tâm
Bề mặt chất lỏng trong thùng 2  30  𝒏. 𝑹 𝟐 y2  2  x 𝒙 = 𝟏𝟖𝟎𝟎  n 
Khi tốc độ quay của thùng lớn: -
Chiều cao của Parabol tăng -
Khi n đủ lớn, bề mặt chất lỏng trong
thùng sẽ song song với thành thùng. -
Để tránh chất lỏng văng ra, cần có vành
chắn trên miệng thùng. Chiều rộng của
gờ chắn >= bề dày lớn nhất của chất lỏng trong thùng. Máy lắng ly tâm
Bề mặt chất lỏng trong thùng
Bán kính phần đáy thùng không chứa chất lỏng _ C2g r  0 2 
Thể tích Parabol xoay trong thùng L L C 2g V dL    x o 2   2g L2 V   LC x 2  2
Thể tích phần thùng chứa chất lỏng
V  V V  R L  2 V F T x x
Thể tích chất lỏng trong thùng:
Mức chất lỏng trong thùng lúc đầu V -
Ly tâm thường: 0,65 thể tích thùng L F  Vì x V R L  2  F R  -
Ly tâm cao tốc: 0,4 thể tích thùng Máy ly tâm
Phân loại máy ly tâm
Phân loại theo K : Máy ly tâm thường (K < 3500), ly tâm cao tốc, siêu tốc (dung dịch keo) P p
Phân loại theo công dụng:
Máy lọc ly tâm: pha phân tán là hạt rắn hoặc tinh thể ngậm nước
Máy lắng ly tâm: tách huyền phù mịn, huyền phù có nồng độ thấp
Máy ly tâm dùng phân riêng nhũ tương.
Phân loại theo phương pháp tháo bã:
Tháo bã bằng tay, bằng vít tải, bằng dao cạo, bằng thanh gạt thủy lực
Phân loại theo cấu tạo chỗ tựa:
Máy ly tâm kiểu đứng, kiểu treo
Phân loại theo vị trí của trục:
Máy ly tâm nằm ngang, thẳng đứng, nằm nghiêng
Phân loại theo phương thức làm việc:
Máy ly tâm làm việc gián đoạn hoặc liên lục
Máy ly tâm làm việc gián đoạn
1. Máy ly tâm ba chân
- Thùng ly tâm có đường kính đến 1500mm - K = 430 - 965 p Ưu điểm: Làm việc ổn định Nhược điểm: Cạo bã bằng tay
ổ trục và bộ phận truyền động dễ bị ăn mòn
Máy ly tâm làm việc gián đoạn
2. Máy ly tâm kiểu treo Cấu tạo: 1. Thùng ly tâm 2. Trục quay 3. Động cơ 4. Ổ trục 5. Khung treo máy 6. Vỏ thùng 7. Ổ tựa 8. Chóp nón
Máy ly tâm làm việc gián đoạn
2. Máy ly tâm kiểu treo
Nguyên lý làm việc: -
Ổ tựa 7 có các thanh tựa nối với thùng quay,
giữa các thanh tựa có khe hở. -
Khi làm việc: hạ chóp 8 để che các khe hở, cho
huyền phù vào thùng, bật điện. Động cơ làm
việc, thùng quay, tiến hành lọc ly tâm. Nước
trong đi qua vải lọc, qua lỗ trên thành thùng
quay vào vỏ 6 và được lấy ra ngoài. -
Kết thúc: ngắt điện, chờ máy dừng (hãm máy),
nâng chóp 8 lên, cạo bã bằng tay qua khe hở ở các thanh tựa ra ngoài. Nhược điểm:…
Máy ly tâm làm việc gián đoạn
2. Máy ly tâm kiểu treo Nhận xét: -
Ổ bi, bộ phận truyền động, không tiếp xúc với chất lỏng, nên dễ dàng tránh được ăn mòn hóa học. -
Tháo bã dễ dàng, nhanh, thủ công. - Làm việc ổn định -
Thùng quay dễ bị dao động tự do - Làm việc gián đoạn - Năng suất nhỏ - Kích thước nhỏ
Máy ly tâm làm việc gián đoạn
3. Máy ly tâm tự động cạo bã Cấu tạo:
- Dao cạo bã 3 được nâng lên, hạ xuống
nhờ hệ thống thủy lực
Nguyên lý làm việc: -
Máy lọc ly tâm làm việc gián đoạn. -
Các giai đoạn đưa huyền phù vào, ly
tâm, cạo bã nối tiếp nhau trong khi
thùng 1 vẫn quay, vì vậy không cần cơ cấu hãm máy. -
Thời gian cho từng giai đoạn được điều chỉnh tự động.
Máy ly tâm làm việc gián đoạn
3. Máy ly tâm tự động cạo bã Ưu điểm:
- Quá trình tự động, không phải hãm máy,
tiết kiệm năng lượng, rút ngắn thời gian. Nhược điểm:
Bã nát hơn cạo bằng tay
Phạm vi ứng dụng:
Lọc các huyền phù không cần lấy bã.
Máy ly tâm làm việc liên tục
4. Máy ly tâm đẩy bã bằng Pittông Cấu tạo:
- Trục ngoài 2 rỗng, gắn chặt với thùng quay.
- Trục trong, cán piston 4 vừa
quay vừa chuyển động tịnh
tiến qua lại 12 – 16 lần/phút
gắn với piston cạo bã 3 và piston 9.
- Chóp nón 5 chứa huyền phù
cách piston 3 một khe nhỏ,
chuyển động cùng piston 3
Máy ly tâm làm việc liên tục
4. Máy ly tâm đẩy bã bằng Pittông
Nguyên lý làm việc:
- Huyền phù đi vào nón 5, đi
qua khe giữa 3 và 5 được ly
tâm trong thùng 1. 3 và 5 vừa
quay vừa chuyển động tịnh
tiến để phân phối đều huyền
phù và cạo bã trên bề mặt thùng quay.
- Piston 3 chuyển động qua
lại có thể cạo được 40-50mm
chiều dày bã. Có thể đồng thời rửa bã.
Máy ly tâm làm việc liên tục
4. Máy ly tâm đẩy bã bằng Pittông Ưu điểm: Làm việc liên tục Bã ít bị nghiền nhỏ Năng suất cao Nhược điểm: Nước lọc không trong
Tiêu hao năng lượng lớn
Lưới lọc dễ bị Pittông bào mòn
Có thể tăng năng suất lọc bằng máy nhiều tầng Máy lắng ly tâm
5. Máy ly tâm cao tốc Đặc điểm:
Dùng phân riêng huyền phù mịn hoặc nhũ tương cần độ phân ly lớn
Phân loại theo giói hạn vòng quay: Thường: 5000-10000 v/ph
Siêu tốc: 14000 – 45000v/ph
Máy ly tâm cao tốc loại đĩa -
Phân ly huyền phù: không có cửa 5 -
Phân ly nhũ tương: có cửa 5 Máy lắng ly tâm
5. Máy ly tâm cao tốc