Phân riêng hệ chất lỏng không đồng nhất và khuấy trộn chất lỏng

trộn. Trong đó các ứng dụng này rất cần thiết trong quá trình sản xuất và làm việc của con người. Vì những lý do trên mà tôi đã chọn đề tài phân riêng bằng phương pháp lọc và khuấy trộn chất lỏng. lọc là một quá trình được thực hiện để phân riêng hỗn hợp nhờ vách ngăn xốp. vách ngăn xốp có khả năng cho một pha đi qua còn giữ pha kia lại nên được gọi là vách ngăn lọc. khuấy trộn tạo ra nhiều hoạt động quan trọng, thường quá trình khuấy trộn còn tạo ra được hiệu quả đó là việc cung cấp thêm oxy hoà tan cho quá trình phân huỷ sinh học hiếu khí. Khuấy trộn trong môi trường lỏng thường được ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp hoá chất và thực phẩm để tạo ra dung dịch huyền phù, nhũ tương, để tăng cường quá trình hoà tan, truyền nhiệt chuyển khối và quá trình hoá học ... Vì những lý do trên đây mà tôi đã quyết định chọn đề tài : phân riêng hệ chất lỏng không đồng nhất và khuấy trộn chất lỏng. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 2 2 Nhiệm vụ nghiên cứu Trong cuốn tiểu luận này tôi xin giới thiệu về định nghĩa của bụi, các thiết bị lọc bụi và giới thiệu về khuấy trộn bằng cơ khí như giới thiệu về các loại cách khuấy, công suất, năng lượng, hiệu suất… 3 Đối tượng nghiên cứu Các thiết bị lọc, khuấy trộn cấu tạo nguyên tắc hoạt động và các phương trình có liên quan cùng các ứng dụng của chúng như năng suất. hiệu suất,phương pháp tiến hành…. 4 Bố cục Bài tiểu luận gồm có 40 trang, hình Lời Mở đầu Chương I Phân biệt hệ chất lỏng không đồng nhất Chương II Khuấy trộn chất lỏng Kết luận Trong quá trình làm bài tiểu luận tôi đã được sự hướng dẫn và giúp đỡ của NCS – THS Trần Đăng Thạch và các thầy cô giáo chuyên ngành trong khoa của Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh đã giúp tôi hoàn thành cuốn tiểu luận này. Trong cuốn tiểu luận này do thời gian và hiểu biết có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót. Mong được sự góp ý và đánh giá của các thầy cô. Sinh Viên Thực Hiện Cao Hải Trường Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 3 Mục lục Lời mở đầu…………………………………………………………….trang 1 I.Lọc bụi ………………………………………………………………trang 5 1.1 Khái niệm …………………………………………………………trang 5 1.2 Thiết bị lọc bụi, phân loại và các thông số đặc trưng …………….trang 6 1.3 Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải ……………………………………….trang 6 1.4 Thiết bị lọc kiểu lưới ……………………………………………..trang 9 1.5 Bộ lọc kiểu thùng quay ………………………………………….trang 11 1.6 Thiết bị lọc dạng tháp ……………………………………………trang 12 2. Lọc huyền phù ……………………………………………………trang 13 2.1 Phương trình lọc ………………………………………………..trang14 2.1.1 Tốc độ lọc và các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian lọc ………trang14 2.1.2 Lọc với áp suất không đổi constP =Δ ………………………trang15 2.1.3 Lọc với tốc độ lọc không đổi ………………………………trang 15 2.2 Thiết bị lọc huyền phù ………………………………………trang 15 2.2.1 Thiết bị lọc khung bản ……………………………………trang 15 2.2.2 Thiết bị lọc thùng quay…………………………………… trang 17 2.2.3 Thiết bị lọc ly tâm ………………………………………… trang 18 3 Lọc nước tinh kiết …………………………………… ………..trang 19 3.1 Chất hấp phụ than hoạt tính ………………………………… Trang 20 3.1.1 Nguyên tắc tạo than hoạt tính ……………………………. ..Trang 20 3.1.2 Công dụng của than hoạt tính ………………………………. Trang 20 3.1.3 Các dạng kết cấu của than hoạt tính ………………… …….trang 21 3.2 Công nghệ thẩm thấu ngược ……………………… …………trang 22 3.2.1 Phân loại ……………………………………… …………..trang 23 3.2.2 Quá trình hoạt động ……………………………… ………..trang 23 Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 4 3.2.3 Hiệu suất loại bỏ tạp chất của màng RO……………….. ……trang 23 3.3 Công nghệ lọc nước Ultrafitration……………………………… trang 24 3.3.1 Cấu tạo bộ lọc màng Ultrafitration……………………… …….trang 25 3.3.2 Một số đặc điểm tiêu biểu của công nghệ Uf……………… ….trang 26 3.3.3 Ứng dụng của màng Ultrafitration………………………… ….trang 27 3.4 Thanh trùng bằng tia cực tím …………………………………. Trang 28 3.5 Bài tập ứng dụng ………………………………………………...trang 28 Chương II Khuấy Trộn Chất Lỏng …………………………… …….trang 33 I. Giới thiệu …………………………………………………………trang 33 1. Khuấy trộn bằng cơ khí ………………………………… ………trang35 1.1 Khái niệm …………………………………………………… Trang 35 1.2 Công suất khuấy trộn ………………………………….. ……..trang 37 2. Cấu tạo cánh khuấy ………………………………………….. …trang 39 2.1 Loại cách mái chèo ………………………………………… …trang 39 2.2 Cánh khuấy loại chân vịt (chong chóng )……………………… trang 41 2.3 Cánh khuấy tuyêcbin …………………………………………..trang 43 2.4 Cánh khuấy đặc biệt – thùng khuấy ……………………………trang 44 3 Khuấy bằng khí nén…………………………………………… ….trang 45 Kết luận ……………………………………………………………...trang 48 Tài liệu tham khảo …………………………………………………...trang 49 Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 5 I Lọc bụi 1.1 Khái niệm: Độ trong sạch của không khí là một trong những tieey chuẩn quan trọng cần được khổng chế trong không gian vùng khí quyển, trong công nghiệp, điều hòa và thông gió. Tiêu chuẩn này càng quan trọng đối với các đối tượng như bệnh viện, phòng chế biến thực phẩm, các xưởng sản xuất các đồ điện tử, thiết bị quang học… Bụi là những thành phần vật chất có kích thước nhỏ bé khuếch tán trong môi trường không khí. Bụi là một trong các chất độc hại. Tác hại của bụi phụ thuộc vào các yếu tố: kích cỡ bụi, nồng độ bụi và nguồn gốc bụi. • Phân loại bụi - Theo nguồn gốc của bụi: + Bụi hữu cơ: do các sản phẩm nông nghiệp và thực phẩm như thuốc lá, bong vải, bụi gỗ, các sản phẩm nông sản, da, long súc vật. + Bụi vô cơ: có nguồn gốc từ kim loại, khoáng chất, chất vô cơ, đất, đá, xi măng, amiang. - Theo kích cỡ hạt bụi: Bụi có kích cỡ càng bé tác hại càng lớn do khá năng xâm nhập sâu, tồn tại trong không khí lâu và khó xứ lý. Theo kích cỡ bụi được phân thành các dạng chủ yếu sau: + Siêu mịn: Là những hạt bụi có kích cỡ nhỏ hơn 0,001. Loại bụi này là tác nhân gây mùi trong các không gian thông gió và điều hòa không khí. + Rất mịn: + Mịn: + Thô: Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 6 - Theo hình dạng hạt bụi: Theo hình dạng có thể phân thành các dạng bụi sau: + Dạng mãnh (dạng tấm mỏng) + Dạng sợi + Dạng khối • Tác hại của bụi Bụi có nhiều tác hại đến sực khỏe và chất lượng các sản phẩm. - Đối với sức khỏe của con người bụi ảnh hướng đến đường hô hấp, thị giác và ảnh hướng đến cuộc sống sinh hoạt khacscuar con người. Đặc biệt đối với các đường hô hấp, hạt bụi càng nhỏ ảnh hướng của chúng càng lớn. Nồng độ bụi cho phép trong không khí phụ thuộc vào bản chất của bụi và thường được đánh giá theo hàm lượng ôxit silic. - Nhiều sản phẩm đòi hỏi phải được sản xuất trong môi trường hết sức trong sạch. Ví dụ như công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế tạo thiết bị quang học, điện tử… - Nồng độ: + Nồng độ bụi cho phép trong không khí thường cho phép nồng độ oxit silic. 1.2 Thiết bị lọc bụi, phân loại và các thông số đặc trưng của nó. Trong kỹ thuật điều hòa không khí và thông gió thường người ta có trang bị đi kèm theo các hệ số lọc bụi cho không khí. Có nhiều kiểu thiết bị lọc bụi hoạt động dựa trên nhiều nguyên lý khác nhau. 1.2.1 Phân loại: Thiết bị lọc bụi có nhiều loại, tùy thuộc vào nguyên lý tách bụi, hình thức bên ngoài, chất liệu hút bụi…mà người ta chia ra các loại thiết bị lọc bụi như sau: - Thiết bị lọc theo kiểu tủi vải. - Thiết bị lọc bụi theo kiểu lưới lọc. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 7 - Thiết bị lọc bụi kiểu thùng quay. - Thiết bị lọc bụi kiểu sỉu bọt. - Thiết bị lọc bụi bằng lớp vật liệu rỗng. - Thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện. - Các thông số đặc trưng của thiết bị lọc bụi Các thông số đặc trưng cho một thiết bị lọc bụi bao gồm: Hiệu quả lọc bụi, phụ tải không khí và trở lực của thiết bị lọc bụi. - Hiệu quả lọc bụi: là tỷ lệ phần trăm lượng bụi được xử lý so với lượng bụi trong không khí ban đầu. - Phụ tải không khí: Lưu lượng thông không khí tính cho 1m2 diện tích bề mặt lọc. - Trở lực thủy lực: Một trong những chỉ tiêu quan trọng của thiết bị lọc bụi là trở lực cục bộ do bộ lọc gây ra đối với dòng không khí đi qua nó. Trở lực của bộ lọc được tính theo công thức: - Ngoài ra đối với các bộ lọc bụi còn có các chỉ tiêu đánh giá khác nữa như: mức tiêu thụ điện năng, giá cả mức độ gọn… 1.3 Thiết bị lọc bụi kiểu tủi vải: Thiết bị lọc bụi kiểu tủi vải được sử dụng rộng rãi cho các loại bụi mịn, khô khó tách khỏi không khí nhờ lực quán tính và ly tâm. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 8 Để lọc người ta cho luông không khí có nhiễm bụi đi qua các tủi vải mịn, tủi vải sẽ ngăn các hạt bụi lại và để không khí đi thoát qua. Qua một thời gian lọc, lượng bụi bám lên bên trong nhiều, khi đó hiệu quả lọc bụi cao 90 – 95 % nhưng trở lực khi đó lớn ΔP = 600 ÷ 800 Pa, nên sau một thời gian làm việc phải có định kỳ rũ bụi bằng tay hoặc khí nén để tránh nén dòng gió đi qua thiết bị. Đối với dòng khí ẩm phải sưới khô trước khi lọc bụi tránh hiện tượng bết dính trên bề mặt vải lọc làm tăng trở lực và giảm năng suất lọc. Thiết bị lọc bụi kiểu tủi vải có năng suất lọc khoảng 150 ÷ 180 m3/h trên 1m2 diện tích bề mặt vải lọc. Khi nồng độ bụi khoảng 30 ÷ 80 mg/m3 thì hiệu quả lọc bụi khá cao đạt từ 96 ÷ 99%. Nếu nồng đọ bụi trong không khí cao trên 5000mg/m3 thì caand lọc sơ bộ bằng thiết bị lọc khác trước khi đưa sang bộ lọc tủi vải. Bộ lọc kiểu tủi vải có nhiều kiểu dạng khác nhau, dưới đây trình bày kiểu tủi vải thường được sử dụng. Trên hình vẽ là thiết bị lọc bụi kiểu tủi đơn giản. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 9 Hỗn hợp không khí và bụi đi vào cữa 1 và chuyển động xoáy đi xuống các túi vải 2, không khí lọt qua tủi vải và đi ra của thoát gió 5. Bụi được các tủi vải ngăn lại và rơi xuống phểu 3 và định kỳ xã nhờ van 4. Để rủ người ta thường sử dụng các cách gạt bụi j khí nén chuyển động ngược chiều khi lọc bụi, các lớp bụi bám trên vải sẽ rời khỏi bề mặt bên trong tủi vải. 1.4 Thiết bị lọc bụi kiểu lưới Bộ lọc bụi kiểu lưới được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau nhằm làm cho không khí đi qua chuyển động dích dắc nhằm loại bỏ caschatj bụi lẫn trong không khí. Loại phổ biến nhất gồm có một khung làm bằng thép, hai mặt có lưới thép, ở giữa là lớp vật liệu ngăn bụi. Lớp vật liệu này có thể là các mẫu kim loại, sứ, sơi thủy tinh, sợi nhựa… Kích thước vật liệu đệm càng nhỏ thì khe hở giữa chúng càng nhỏ và khá năng lọc bụi càng cao. Tuy nhiên đối với các loại lọc bụi kiểu này khi hiệu quả lọc bụi tăng đều kèm theo tăng trở lực. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 10 Trên hình 2 là tấm lưới lọc với vật liệu đệm là lỏi kim loại hoặc sứ. Kích thước thông thường của tấm lọc là 500 x 500 x (75÷80)mm, khâu kim loại có kích thước 13 x 13 x 1mm. Lưới lọc có trở lực khá bé 30 ÷ 40 Pa. Hiệu quả lọc bụi có thể đạt 99%, năng suất lọc đạt 4000 ÷ 5000 m3/h cho 1m2 diện tích bề mặt lưới lọc. Loại lọc bụi kiểu lưới này rất thích hợp cho các loại bụi là sợi bong, sợi vải… Hàm lượng bụi sau bộ lọc đạt 6 ÷ 12 mg/m3 Tùy theo lưu lượng không khí cần lọc các tấm được ghép với nhau trên khung phẳng hoặc ghép nhiều tầng để tăng hiệu quả lọc. Trong một số trường hợp vật liệu đệm được tẩm dầu để nâng cao hiệu suất lọc bụi. Tuy nhiên dầu sử dụng cần lưu ý đảm bảo không mùi, lâu khô và khó oxi hóa. Sau một thời gian làm việc hiệu quả khứ kém nên định kỳ vệ sinh bộ lọc. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 11 1.5 Bộ lọc kiểu hình quay Bộ lọc bụi thùng quay thường được sử dụng trong các nhà máy dệt để lọc bụi bong trong không khí. - Cấu tạo gồm một khung hình trống có quấn lưới thép quay quanh trục với tốc độ 1 ÷ 2 vòng/phút. Tốc độ quay của bộ lọc khá thấp nhờ hộp giảm tốc và có thể điều chính tùy thuộc vào lượng bụi thực tế. Khi quay càng chậm, lượng bụi bám trên bề mặt tang trống càng nhiều, hiệu quả lọc bụi cao nhưng trở lực của thiết bị rất lớn. - Nguyên lý làm việc: không khí được đưa vào từ phía dưới và xả lên bề mặt ngoài của trống. Không khí đi vào bên trong tang trống, bụi được giữ lại trên bề mặt trống và không khí sạch đi ra hai đầu theo các khe hở. Để tách bụi trên bề mặt trống, người ta sử dụng cơ cấu tách bụi, cơ cấu có tác Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 12 dụng bóc lớp bụi ra khỏi bề mặt và rơi xuống ống vê tủi gom bụi. Ngoài ra người ta còn có thể sử dụng hệ thống ống hút bụi có miệng hút tỳ lên bề mặt tang trống và hút sạch bụi đưa ra ngoài. Trong trường hợp trong không khí đầu ra còn lẫn nhiều bụi mịn thì có thể kết hợp với bộ lọc kiểu tủi vải đặt phía sau để lọc tinh. Không khí ra thiết bị có hàm lượng thấp cỡ 0,5 mg/m3, nhưng trở lực khác lớn, có thể lên đến 1000Pa, phị tải có thể tới 7000 ÷ 8000 m3/h cho mỗi bộ lọc. 1.6 Thiết bị lọc dạng tháp Có nhiều kiểu thiết bị lọc bụi làm bằng vật liệu rỗng, nhưng hiệu quả hơn hắn là thiết bị kết hợp tưới nước. - Cấu tạo: có hai lớp vật liệu rỗng bằng nhựa. Không khí đi từ dưới lên, nước được phun từ trên xuống. Các vòi phun nước đặt ngay phía dưới lớp vật liệu rỗng phía trên. Lớp vật liệu dưới có tác dụng lọc bui, lớp trên ngoài tác dụng lọc bụi, ngoài ra còn có nhiệm vụ quan trọng là ngăn cản các giọt nước bị cuốn theo không khí. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 13 - Thiết bị lọc bụi theo kiểu vật liệu rỗng có khá năng khứ mùi rất tốt, đặc biệt khử mùi và chất độc hại trong không khí thả công nghiệp. Các thông số kỹ thuật của bộ lọc bụi bằng vật rỗng như sau: - Vận tốc không khí qua thiết diện ngang thiết bị: v = 1,8 ÷ 2 m/s. - Kích thước hạt bụi có thể lọc 2 Lọc huyền phù Cho huyền phù vào một bên vách ngăn rồi tạo ra trên bề mặt lớp huyền phù áp suất P1. Dưới tác dụng của áp suất, pha liên tục xuyên qua các mao dẫn trên vách ngăn chảy qua phía bên kia gọi là nước lọc, còn pha phân tán bị giữ lại ở trên goi là bã lọc. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 14 Chênh lêch áp suất giữa hai bên lọc ΔP = P1 – P2 ƒ Tăng P1 bằng cách dung chiều cao cột áp thủy tinh, dùng bơm hay máy nén để đưa huyền phù vào. Dùng phương pháp này gọi là lọc áp lực. ƒ Giảm P2 bằng cách dùng bơm chân không để hút không khí trong thiết bị. Dùng phương này gọi là lọc chân không. 2.1 Phương trình lọc 2.1.1 Tốc độ lọc và các yếu tố ảnh hướng đến thời gian lọc. Lượng nước thu được trên một đơn vị diện tích bề mặt vách ngăn lọc trên một dơn vị thời gian gọi là tốc độ lọc. Quá trình lọc huyền phù phụ thuộc vào các yếu tố sau: Tính chất huyền phù: độ nhớt, kích thước và hình dạng pha phân tán; động lực quá trình lọc; trở lực bã và vách ngăn; diện tích bề mặt vách lọc. Theo DAKSI, tốc độ lọc có thể biểu diễn dưới dạng phương trình sau: Khi nghiên cứu quá trình lọc, để đơn giản người ta chỉ tiến hành ở hai chế độ là lọc với áp suất không đổi và lọc với tốc độ lọc không đổi. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 15 2.1.2 Lọc với áp suất không đổi, ΔP = const Gọi q = V/F – lượng nước lọc riêng: là lượng nước lọc thu được trên 1m2 bề mặt vách lọc, m3/m2 2.1.3 Lọc với tốc độ lọc không đổi Do tốc độ lọc là không đổi nên sự biến thiên thể tích nước lọc trong một đơn vị thời gian là hằng số. 2.2 Thiết bị lọc huyền phù 2.2.1 Thiết bị lọc khung bản Đây là loại thiết bị lọc áp lực làm việc gián đoạn nghĩa là nhập liệu vào liên tục, nước lọc lấy ra liên tục nhưng bá được tháo ra theo chu kỳ. Thiết bị lọc khung bản có cấu tạo chủ yếu là khung và bản. Khung giữ vai trò chứa bã lọc và là nơi nhập huyền phù vào. Bản tạo ra bề mặt lọc với các rãnh dẫn nước lọc. Khung và bản thường được chế tạo có dạng hình vuông và phải có sự bịt kín tốt khi ghép khung và bản. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 16 Khung và bản được xếp liên tiếp nhau trên giá đỡ. Giữa khung và bản là vách lọc ngăn. Ép chặt khung và bản nhờ cơ cấu đai vít xoắn nhờ tay quay. Lỗ dần huyền phù nhập liệu của khung và bản được nối liền tạo thành ống dẫn nhô ra để ghép với hệ thống cấp liệu. Nước lọc chảy qua từ bản qua hệ thống đường ống và lấy ra ngoài. Bã được giữ lại trên bề mặt vách ngăn lọc và được chứa trong khung. Khi bã trong khung đầy thì dừng quá trình lọc để tiến hành rữa và tháo bã. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 17 2.2.2 Thiết bị lọc thùng quay Lọc chân không thùng quay là thiết bị làm việc liên tục với động lực quá trình được tạo ra bằng bơm chân không. Thùng quay được đặt trong bể chứa huyền phù với độ nhúng sâu cố định theo mực chất lỏng không đổi. Thường người ta chia ra 6 khu vực theo chu kì của thùng. Thùng quay dạng trụ, trên than đục lỗ, bên ngoài phủ vách ngăn lọc. Bên trong phân ra 12 ngăn riêng biệt, mỗi ngăn có đường ống nối với trục rỗng Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 18 tại tâm thùng quay. Hệ thống đường ống cùng với trục rỗng tạo thành đường hút chân không và dẫn nước lọc. Khu vực làm ráo bã có hỗ trợ cơ cấu băng tải ép bớt nước lọc và nước rữa. Tháo cặn bằng nhiều cách: bằng cách dao cạo, con lăn, băng tải hoặc kết hợp các loại trên. 2.2.3 Lọc ly tâm Máy lọc ly tâm dùng để phân riêng huyền phù có kích thước pha rắn tương đối lớn. Trên thành roto của máy ly tâm học khoan nhiều lỗ hoặc bằng lưới. Đường kính lỗ trên thành roto thường trong dưới hạn 3 – 8 mm. Bên trong thành roto 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 dưới 0,1 – 0,5 mm. Nếu kích thước hạt rắn nhỏ hơn dùng lớp vải bằng sợi bong, sợi gai hoặc len… ™ Máy ly tâm nằm ngang thái bã bằng dao Loại máy ly tâm nằm ngang thái bã bằng dao cũng làm việc gián đoạn nhưng tất cả các gian đoạn đều được tự động hóa nên thời gian của một chu kỳ ngắn hơn loại tháo bã bằng tay. Sau khi mở máy roto quay thì cho huyền phù vào roto theo ống tiếp liệu (trên ống có lắp một van đặc biệt). Sau đó huyền phù đã vào đủ lượng yêu cầu thì van đóng lại và xảy ra quá trình ly tâm. Lớp bã trong roto ngày càng dày lên và khi đảm bảo chiều dày quy định thì xy lanh lực hạ pittong xuống kéo theo dao cạo bã, cạo thành lớp mỏng rơi xuống máng hứng phía dưới. Như vậy dao lấy bã ra một cách gián đoạn và chuyển động xoay của dao là nhờ chuyển động tịnh tiến của pittong. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 19 3 Lọc nước tinh khiết ngày nay, cùng với sự phát triển của các nghành công nghiệp thì tình trạng ô nhiễm môi trường, đặc biệt là các nguồn nước ngầm cũng bị ô nhiễm một cách đáng ngại. Do vậy việc sử dụng nước trong sinh hoạt, sản xuất cũng gặp khó khăn. Do nhu cầu nước sạch cho sản xuất cũng như nhu cầu sinh hoạt của con người nên người ta tiến hành thiết kế các thiết bị lọc dùng để tách các tạp chất trong nước. Hệ thống lọc nước cơ bản là: lọc nước tinh khiết. Quá trình lọc nước tinh khiết thường diễn ra qua 3 gian đoạn cơ bản: Lọc thô: Loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn, khử mùi và màu… Lọc tinh: Loại bỏ các tạp chất có kích thước bé hơn (khoảng vài chục micromet), các vi khuẩn, virut, các ion kim loại… Thường dùng màng siêu lọc UF (Ultrafitration), các cột lọc tinh hoặc dùng phương pháp thẫm thấu ngược (đây có thể xem là phương pháp hiệu quả và hiện đại nhất trên thế giới từ trước đến nay). Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 20 Thanh trùng: loại bỏ các vi khuẩn có hại cho sức khỏe con người, thường thanh trùng bằng ti cực tím, bằng phương pháp tạo ozone hoặc dùng phương pháp tiệt trùng bằng chlorine. 3.1 Chất hấp thụ than hoạt tính 3.1.1 Nguyên tắc tạo than hoạt tính Than hoạt tính là vật liệu làm từ than có bitum, than non, gỗ, gáo dừa… được hoạt tính hóa bằng hơi nước, nhiệt độ trong điều kiện thiếu khí. Quá trình này tạo nên những lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp thụ và giữ các tạp chất. Than hoạt tính rất thông dụng trong công nghiệp xứ lý nước. Than hoạt tính lọc nước qua hai quá trình song song: 1) Lọc cơ học, giữ lại các hạt cặn bằng những lỗ nhỏ. 2) Hấp thụ các tạp chất hòa tan trong nước bằng cơ chế hấp thụ bề mặt hoặc trao đổi ion. 3.1.2 Công dụng của than hoạt tính - Loại bỏ mùi, cải thiện vị tự nhiên của nước. - Khử hóa chất, chlorine. - Khử màu. - Loại bỏ các hợp chất hữu cơ - Loại bỏ hợp chất tổng hợp như trihalomethane - Ứng dụng tốt cho xử lý nước uống, nước tắm Than hoạt tính là một chất liệu xốp, có rất nhiều lỗ lớn nhỏ. Dưới kính hiến vi điện tử, một hạt than có cấu tạo bên trong trông giống như một tổ kiến. Vì thế, diện tích tiếp xúc bề mặt của nó rất rộng để hấp thụ tập chất. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 21 3.1.3 Các dạng kết cấu của than hoạt tính a) Dạng bột cám: là loại được chế tạo theo công nghệ cũ, nay thường được sử dụng trong sản xuất pin, ac – quy. Có một số nhà sản xuất dùng loại này trộn với keo để đúc thành ống than. b) Dạng hạt: là những hạt than nhỏ rẽ tiền, thích hợp cho việc khử mùi. Tuy nhiên, nước toàn có xu hướng chảy xuyên qua những khoảng trống giữa những hạt than thay vì phải chui qua lỗ nhỏ. c) Dạng khối đặc: là loại hiệu quả nhất để lọc cặn, khuẩn Coliform, chì, độc tổ, khử màu và khử mùi chlorine. Loại này được làm từ nguyên một thỏi than, được ép định dạng dưới áp suất tới 800 tấn nên rất chắc chắn. Hiệu suất lọc của than hoạt tính tùy thuộc chủ yếu vào những yếu tố: 9 Tính chất vật lý của than hoạt tính: kết cấu, kích thước, mật độ lỗ, diện tích tiếp xúc. 9 Tính chất lý hóa của các loại tạp chất cần loại bỏ. 9 Thời gian tiếp xúc của nước với than hoạt tính càng lâu thì hấp thụ càng tốt. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 22 3.2 Công nghệ thẩm thấu ngược Thẫm thấu ngược là công nghệ cao cấp nhất trong nghành lọc nước (nó còn có tên gọi là Hyberfiltration). Thẩm thấu ngược là gì? Đó là một quy trình ngược của thẫm thấu. Thẫm thấu là một hiện tượng tự nhiên. Nước bao giờ cũng chuyển dịch từ nơi có nồng độ muối/khoảng đến nơi có nồng độ cao hơn. Quá trình diễn cho đến khi nồng độ muối khoáng từ hai nơi này bằng nhau. Thấm thẩu ngược: là quá trình ngược lại người ta dùng một áp lực đủ để đẩy ngược nước từ nơi có hàm lượng muối/khoảng cao “thấm” qua một loại màng đặc biệt để đến nơi không có hoặc có ít muối/khoáng hơn. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 23 3.2.1 Cấu tạo màng thấm thấu ngược Từ một màng mỏng làm từ vật liệu cellulozo acetate, polyamide hoặc màng TFC có những lỗ nhỏ tới 0,001micron. Tất cả các màng này đều chịu áp suất cao nhưng khá năng chịu pH và chlorine không giống nhau. 3.2.2 Quá trình hoạt động Với tốc độ và áp lực cực lớn, dòng nước chảy liên tục trên bề mặt của màng RO. Một trong một số phân tử nước “chui” qua được những lỗ lọc. Các tạp chất bị dòng nước cuốn trôi và thải bỏ ra ngoài. Với cách thức này, bề mặt của màng RO liên tục được rửa sạch và có tuổi thọ tới 2 – 5 năm, các loại tạp chất không qua được lỗ lọc bị dòng nước rửa trôi trên bề mặt màng lọc và thải ra ngoài. 3.2.3 Hiệu suất loại bỏ tạp chất của màng RO Với cấu tạo đặc biệt, màng RO (thẫm thấu ngược) loại bỏ hiệu quả tất cả hầu như những gì không phải là nước. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 24 Tên chất Hiệu suất Tên chất Hiệu suất Nhôm 97 – 98% Nickel 97 – 99% Ammonia 85 – 95% Nitrte 93 – 96% Arsenic 94 – 96% Phosphate 99% Vi khuẩn 99+% Polyphosphate 98 – 99% Bicarbonate 95 – 96% Potassium 92% Bromide 93 – 96% Pyrogen 99+% Cadmium 96 – 98% Radioactivity 95 – 98% Canxi 96 – 98% Radium 97% Chloride 94 – 95% Selenium 97% Chromate 90 – 98% Silica 85 – 90% Chromium 96– 99% Silicate 95 – 97% Đồng 97 – 99% Bạc 95 – 97% Cyanide 90 – 95% Natri 92 – 98% Ferrocyanide 98 – 99% Sulphate 99+% Fluoride 94 – 96% Sulphite 96 – 98% Sắt 98 – 99% Thiếc 98 – 99% Chì 96 – 98% Virut 99+% Magie 96 – 98% Insecticides 97% Mangan 96 – 98% Detergents 97% Thủy ngân 96 – 98% Herbicides 97% % TDS 95 – 99% 3.3 Công nghệ lọc nước Ultrafiltration Ultrafiltration là một công nghệ lọc dùng màng áp suất thấp để loại bỏ những phân tử có kích thước lớn ra khỏi nguồn nước. Dưới áp suất không Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 25 qua 2,5 bar, nước, muối khoáng và các phân tử ion nhỏ hơn lỗ lọt (0,1 – 0,005 micron) sẽ chui qua màng dễ dàng. Các phân tử lớn hơn, các loại viruts, vi khuẩn sẽ bị giữ lại và thải xả ra ngoài. 3.3.1 Cấu tạo bộ lọc màng Ultrafiltration Màng lọc Ultrafiltration được làm thành những ống nhỏ, đường kính ngoài bằng 1,6 mm. Một bộ lọc là một bó hang ngàn ống nhỏ nên diện tích lọc rất lớn, giúp tăng lưu lượng nước lên nhiều lần. Màng lọc này cũng có thể rữa ngược lại được và có tuổi thọ khá cao từ 3 – 5 năm. Vật liệu làm vỏ ống có thể là thép không rỉ, có độ bền cơ học cao hoặc các vật liệu chống ăn mòn, bền với thời gian. Hiện nay, người ta thường dùng ống làm bằng vật liệu composite vì có những ưu điểm như: gọn nhẹ, dễ tháo lắp, không bị ăn mòn. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 26 3.3.2 Một số đặc điểm tiêu biểu của công nghệ Ultrafiltration • Quá trình lọc diễn ra ở nhiệt độ bình thường và áp suất thấp nên tiêu thụ ít điện năng, cắt giảm chi phí hoạt động đáng kể. • Kích thước của hệ thống gọn nhẹ, cấu trúc đơn giản nên không tốn mặt bằng lắp đặt. • Quy trình vận hành đơn giản, không cần nhiều nhân công. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 27 • Cấu trúc và vật liệu màng lọc đồng nhất và sử dụng phương pháp lọc cơ học nên không làm biến đổi tính chất hóa học của nguồn nước. • Vật liệu của màng lọc không xâm nhập vào nguồn nước, đảm bảo độ tinh khiết trong suốt quy trình xử lý. 3.3.3 Ứng dụng của màng Ultrafiltration - Lọc nước biển, nước muối (thủy sản, hóa chất) Để làm sạch nước biển mà vẫn giữ nồng độ muối, màng UF có thể thay thể cho toàn bộ quy trình phức tạp nhiều công đoạn: Nước biển → Khử trùng → Lọc thô → Lọc cát → Thanh hoạt tính → Nước biển sạch. Lọc nước ép trái cây, nước trà xanh Để loại bỏ những thành phần không có lợi trong nước ép trái cây người ta thường dùng men sinh học hoặc hóa chất để làm kết tủa chúng rồi gạn lấy phần nước trong nhưng vẫn không giảm độ đục xuống 2,0 NTU. Ứng dụng công nghệ màng có thể giảm tối lượng enzyme và hóa chất, đảm bảo tính thiên nhiên của trái cây trong cải thiện độ trong rõ reeij: 0,4 – 0,6NTU. Thu hồi dầu mỡ và nước thải Rất nhiều nghành công nghệ sử dụng dầu để làm mát, trơn và thường phải thải bỏ sau một thời gian. Với màng UF, ta có thể dễ dàng tách được dầu từ nguồn nước thải này. Kích thước của phân tử dầu đủ nhỏ để chui qua lỗ lọt nhưng sức căng bề mặt của nó lại cản trở điều này. Sau khi dùng màng UF nước thải chỉ cồn chưa tới 10 ppm dầu, phù hợp với quy định. Đặc biệt, có tới 30 – 60% lượng dầu được thu hồi để tái sử dụng. Làm sạch nước máy: Nếu nước máy không bị ô nhiễm nặng, không có asen, nitric, thuốc trừ sâu… ta chỉ cần dùng màng UF để tinh chế thành nước uống trực tiếp. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 28 3.4Thanh Trùng Tia Cực Tím - khử cho nước có thể dùng nhiều cách : bằng phương pháp vật lý hoặc theo phương pháp hoá học - quy trình ; cho nước chảy qua một ống kín trong đó có lắp đèn cực tím. Các tia UV được phóng vào dòng nước. cấu trúc DAN/RNA của vi sinh vật bị thay đổi làm cho chúng không thể tồn tại và sinh sản được. 3.5 Bài Tập ứng Dụng Câu 1 : Máy lọc khí bằng vải lọc A Năng suất cao và hiệu suất thấp B Có hiệu suất cao nhưng hay hỏng vải và dễ bị tắc nếu làm sạch khí ẩm C Năng suất cao, dễ sử dụng thao tác D Năng suất cao và hiệu suất thấp Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 29 Bài giải Đáp án B vì qua một thời gian lọc, lượng bụi bám lại bên trong nhiều, khi đó hiệu quả lọc bụi cao 90÷95% nhưng trở lực khi đó lớn PaP 800600 ÷=Δ , nên sau một thời gian là việc phải định kì rũ bụi để tránh nghẽn dòng gió đi qua thiết bị. Câu 2 Máy lọc khung bản khi hoạt động , dung dịch A Chảy vào khung và ra ở bản B Chảy vào bản và ra ở khung C Chảy vào các đường rãnh D Chảy vào bản Bài giải Đáp án A vì nước lọc chảy ra từ bản qua hệ thống đường ống và lấy ra ngoài. Bã được giữ lại trên bề mặt vách ngăn lọc và được chứa trong khung. Câu 3 : Huyền Phù Là hệ có : A pha phân tán là rắn , pha liên tục là khí B pha phân tán là lỏng không hòa tan, pha liên tục là lỏng C pha phân tán là rắn pha liên tục là lỏng D pha phân tán là lỏng pha liên tục là khí Bài giải Đáp án A vì theo định nghĩa về huyền phù thì ta có như sau: Huyền phù là hệ có pha phân tán là rắn, pha liên tục là lỏng. Câu 4 : Nhũ tương là hệ có : A pha phân tán là rắn, pha liên tục là khí B pha phân tán là lỏng không hòa tan, pha liên tục là lỏng C pha phân tán là rắn pha liên tục là lỏng D pha phân tán là lỏng pha liên tục là khí Bài giải Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 30 Đáp án B vì theo định nghĩa về nhũ tương thì ta có như sau: nhũ tương là hệ có pha phân tán là lỏng không tan lẫn còn pha liên tục là lỏng. Câu 5 Thiết bị lọc khung bản là thiết bị lọc A áp lục và làm việc gián đoạn B chân không và làm việc gián đoạn C áp lực và làm việc liên tục D chân không và làm việc liên tục Bài giải Đáp án A vì ta có thiết bị lọc khung bản là thiết bị lọc áp lực làm việc gián đoạn nghĩa là thu nhập liệu vào liên tục, nước lọc lấy ra liên tục nhưng bã được tháo ra theo chu kì. Câu 6 Thiết bị lọc thùng quay là thiết bị lọc A áp lục và làm việc gián đoạn B chân không và làm việc gián đoạn C áp lực và làm việc liên tục D chân không và làm việc liên tục Bài giải Đáp án D vì theo định nghĩa về thiết bị lọc thùng quay là thiết bị lọc chân không thùng quay làm việc liên tục với động lực quá trình được tạo ra bằng bơm chân không. Câu 7 Thiết bị lọc bụi Xyclôn là tách được hạt bụi ra khỏi hỗn hợp khí nhờ : A lực ly tâm B Lực trọng trường C lực quán tính D áp suất thủy tĩnh Bài giải Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 31 Đáp án A nhờ lực ly tâm Câu 8 Thiết bị lọc chân không thùng quay là thiết bị lọc có chế độ làm việc: A áp lục và làm việc gián đoạn B chân không và làm việc gián đoạn C áp lực và làm việc liên tục D chân không và làm việc liên tục Bài giải Đáp án D theo định nghĩa thiết bị lọc chân không là thiết bị làm việc liên tục với động lực quá trình được tạo ra bằng bơm chân không. Câu 9 Thiết bị lọc bụi điện trường có ưu điểm ; A hiệu suất lọc cao B hiệu suất lọc thấp C năng lượng điện tiêu tốn nhiều D năng suất lọc cao Bài giải Đáp án D trong qua trình lọc các hạt bụi ở dạng này tồn tại dưới dạng ion nên trong quá trình lọc thiết bị sẽ tao ra được các ion trái dấu nên sẽ hút đươc các hạt bụi nhỏ hơn lại nữa, đồng thời thiết bị lọc này cũng giữ được các chất bụi nhỏ hơn lỗ lọc của chúng do tạo thành các ion trái dấu nên hút nhau. Câu 10 Động lực quá trình Lọc là: A Sự chênh lệch về độ ẩm B Sự chênh lệch về nồng độ C Sự chênh lệch về áp suất D Sự chênh lệch về khối lượng Bài giải Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 32 Đáp án C do sự chênh lệch áp suất do bơm chân không tạo ra Câu 11 Trong quá trình lọc : A Pha liên tục là nước lỏng, pha phân tán là bã lọc B Pha liên tục là bã lọc, pha phân tán là nước lọc C Pha liên tục là nước lọc, pha phân tán cũng là nước lọc D Pha liên tục là bã lọc, pha phân tán cũng là bã lọc Bài giải Đáp án A Câu 12 Tăng động lực quá trình lọc bằng cách : A Tăng áp suất nước vách ngăn lọc hoặc áp suất sau vách ngăn lọc B Giảm áp suất trước vách ngăn lọc hoặc giảm áp suất sau vách ngăn lọc C Tăng áp suất trước vách ngăn lọc hoặc giảm áp suất sau vách ngăn lọc D Giảm áp suất trước vách ngăn lọc hoặc tăng áp suất sau cách ngăn lọc Bài giải Đáp án C Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 33 Chương II Khuấy trộn chất lỏng I Giới thiệu Khuấy trộn là một hoạt động quan trong nhiều giai đoạn khác nhau của quá trình xử lý nước thải nhằm: 1. Trộn lẫn hoàn toàn chất này với chất khác 2. Khuấy trộn các giọt chất lỏng lơ lửng ở trạng thái lơ lửng 3. Khuấy trộn các giọt chất lỏng ở trạng thái lơ lửng 4. Trộn lẫn các chất lỏng 5. Tạo bông cặn 6. Trao đổi nhiệt Thường quá trình khuấy trộn còn tạo ra được hiệu quả dó là việc cung cấp thêm oxy hòa tan cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí . Trong xử lý nước thải ,người ta sử dụng hai kiểu khuấy trộn : - Khuấy trộn nhanh, liên tực ( continuous rapid mixing) : thời gian khuấy từ 30 giây trở xuống nhằm trộn các hóa chất vào nước. Quá trình khuấy trộn này có thể diễn ra bởi (1) việc thay đổi phối trộn: để giữ các hạt chất rắn, áp suất thay đổi đột ngột ở các rãnh; (2) các ống hay máng khuếch tán; (3) trong đường ống; (4)bởi các ống bơm; (5) thiết bị khuấy tĩnh ; (6) thiết bị khuấy cơ học ( moteur gắn cánh khuấy). Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 34 - Khuấy liên tục (continuous lỏng trong bể ở trạng thái lư lửng) : Quá trình khuấy trộn này có thể diễn ra bởi (1) các thiết bị khuấy cơ học; (2) khuấy khí động học ; (3) khuấy tĩnh và (4) bơm. Khuấy trộn trong môi trường lỏng thường được ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp hóa chất và thực phẩm để tạo dung dịch huyền phù, nhũ tương, để tăng cường quá trình hòa tan, truyền nhiệt, chuyển khối và quá trình hóa học… Người ta có thể khuấy trộn chất lỏng bằng cơ khí, bằng khí nén, bằng tiết lưu hay tuần hoàn chất lỏng. Bài tập áp dụng Khuấy trộn làm : A Tăng độ phân tán B Cung cấp năng lượng cơ học C A và B đều đúng D A và B đều sai Bài Giải Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 35 Đáp án C a và b đều đúng 1. Khuấy trộn bằng cơ khí 1.1 Khái niệm Khuấy trộn chất lỏng bằng cơ khí nghĩa là dung cánh khuấy Cánh khuấy có nhièu loại: - Cánh khuấy mái chèo: để trộn chất lỏng có độ nhớt nhỏ. Thường dùng để hòa tan chất rắn có khối lượng riêng không lớn lắm - Cánh khuấy chân vịt (chong chóng): dung để điều chế dung dịch huyền phù nhũ tương. Không thể dung cánh khuấy chân vịt để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao hoặc khuấy chất lỏng trong đó có các hạt rắn có khối lượng riêng lớn. - Cánh khuấy tuyếc bin : dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao đến 5.105 cp, để điều chế huyền phù mịn , để hòa tan các chất rứn nhanh hoặc để khuấy động các hạt rắn đã lắng cạ có nồng độ pha rắn đến 60%. - Cánh khuấy đặc biệt : dùng trong trường hợp không thể dùng cánh khuấy mái chèo, chong chóng, tuốc bin. Thường dùng để khuấy bùn nhão hoặc chất lỏng có độ nhớt rất cao. - Đặc trưng của quá trình khuấy trộn là cường độ khuấy và năng lượng tiêu thụ: - Cường độ khuấy trộn là chất lượng của kết quả khuấy theo thời gian . Cường độ khuấy trộn phụ thuộc vòa nhiều yếu tố và cho đến nay chưa có phương pháp tính toán nào có thể tin cậy để xác định cường độ khuấy trộn. Theo pởăngnôpski và nicolaiep cường độ khuấy trộn có thể xác định bằng năng lượng tiêu hao của1 đơn vị chất lỏng khuấy trộn trong 1 đơn vị thời gian. - Cường độ khuấy trộn được dặc trưng bởi chế độ chuyển động của chất lỏng là đặc trưng bởi chuẩn số Re. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 36 Nếu ứng dụng khuấy trộn để tạo huyền phù thì hiệu suất khuấy được đặc trưng bởi sự phân bố đồng đều của các pha. Khi cánh khuấy chưa làm việc , các hạt còn nằm ở đáy thiết bị tạo thành 1 lớp có bề mặt dày không đổi. Khi máy khuấy làm việc đều hoàn toàn , nghĩa là ở bất cứ điểm nào trong chất lỏng nồng độ pha rắn Xc đều như nhau, và bằng: % ..100 rrll xx c VV VX ρρ ρ += khối lượng Trong đó: Vr – thể tích pha rắn , m3 Vl – thể tích pha lỏng m2 rρ - khối lượng riêng pha rắn kg/m3 lρ - khối lượng riêng pha lỏng kg/m3 Nấu quá trình khuấy trộn chưa đạt tới sự phân bố đồng đều , thì nồng độ x ở điểm bất kì nào đó có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn Xc . Tỷ số của hiệu số xΔ = x- xc và 100 – xc đặc trưng cho sự phân bố đồng đều của pha rắn ở điểm mà ta xét. Thí dụ ta lấy m mẫu có trị số dương ,( 11 cxxx −=Δ ,'22 cxxx −=Δ ,' '3 ' 3 cxxx −=Δ …, )'' cnn xxx −=Δ Độ phân bố đều của quá trình khuấy có thể tính theo công thức: nm x x x x I m cc + Δ+− Δ −= ∑ ∑ 1 ' 100 1 Theo phương trình thì độ phân bố đồng đều I có giá trị thay đổi từ 0 đến 1 , nếu khuấy trộn đạt tới sự phân bố đều hoàn toàn thì I = 1. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 37 Bài tập áp dụng Đối với chất lỏng có độ nhớt thấp người ta thường dùng cánh khuấy loại : A chong chóng B Vít C khung D tất cả đều đúng Bài giải Đáp án C chất lỏng có độ nhớt nhỏ người ta dùng cánh khuấy mái chèo. Dùng để hoà tan chất rắn, có khối lượng riêng không lớn lắm. Cánh khuấy dạng khung thuộc dạng cánh khuấy mái chèo 1.2 Công suất khuấy trộn - Công việc làm việc Khi máy khuấy làm việc thì năng lượng tiêu hao dùng để khắc phục ma sát của cánh khuấy với môi trường. Theo Newton , một vật thể chuyển động trong môi trường , thì lực ma sát có thể tính theo công thức sau: [ ]NwFS , 2 2 1ρξ= Trong đó: ξ - hệ số cản ( ma sát) phụ thuộc vào chế độ chuyển động của môi trường; F- diện tích tiết diện hình chiếu của vật chuyển động lên mặt phẳng thẳng góc với phương của tốc độ chuyển động , m2 w – vận tốc chuyển động của vật thể trong môi trường m/s 1ρ - khối lượng riêng của môi trường kg/m3 Công suất làm việc: Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 38 Np = [ ]WdnK ,531ξρ Trong đó: K = 3.87 a Đặt : MK ξξ = 53 1 dn n p M ρξ = Trong đó: n- số vòng quay của cánh khuấy vg/ph 1ρ - khối lượng riêng của môi trường kg/m3 Np – công suất làm việc , W Mξ - là hằng số tìm bằng thực nghiệm , nó phụ thuộc vào hình dạng cánh khuấy, thùng khuấy và vào chuẩn số ReM ( )MM f Re=ξ Trong đó Rem chuẩn số Reynolds của trường hợp khuấy: μ ρ 21Re nd M = Trong đó n – số vòng quay của cánh khuấy , vg/s d – đường kính cánh khuấy , m μ - độ nhớt của chất lỏng , Ns/m2 Do đó ta có : ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛== μ ρ ρξ 2 1 53 1 ndf dn N p M Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 39 Hay : m A M M Re =ξ Với : A và m là hằng số xác định bằng thực nghiệm. - Công suất mở máy Khi mở máy năng lượng tiêu hao dùng để khắc phục lực ỳ của chất lỏng từ trạng thái đứng yên sang trạng thái chuyển động và để khắc phục lực ma sát với không khí. 2. Cấu tạo cánh khuấy 2.1 Loại mái chèo Cánh khuấy laoị mái chèo cấu tạo rất đơn giản , gồm có hai tám phẳng gắn chặt vào trực thẳng , trục quay nhờ bộ phận truyền động từ động cơ . Đường kính của mái chèo thường vào khoảng 0.7 đường kính thiết bị. Nếu số vòng chất lỏng nhỏ thì chất lỏng sẽ chuyển động vòng tròn trên mặt phẳng nằm ngang trùng với mặt phẳng của cách khuấy, và không có sự khuấy trộn chất lỏng ở các lớp khác. Khi khuấy trộn mạnh sé xuất hiện dòng chuyển động phụ , khi đó chất lỏng chuyển động xoáy . Dòng chuyển động phụ này xuất hiệ do lực ly tâm gây Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 40 nên làm cho chất lỏng văng từ tâm của thiết bị ra ngoài thành , đồng thời áp suất ở tâm sẽ giảm xuống và hút chất lỏng nằm ở bên trên và bên dưới cánh khuấy. Do đó trong chất lỏng xuất hiện dòng tuần hoàn theo mũi tên chỉ theo hướng của hình. Dòng chuyển động phụ làm tăng cường độ của khuấy trộn , cường độ khuấy trộn càng tăng khi tăng số vòng quay, nhưng đồng thời năng lượng tiêu hao cũng tăng. Khi chất lỏng chuyển động vòng tỳ do tác dụng của lực ly tâm nên trên bề mặt của chất lỏng có dạng hình phễu. Chiều sâu của phễu càng tăng khi số vòng tăng. Sự xuất hiện phễu chất lỏng sẽ dẫn tới làm giảm thể tích sử dụng của thiết bị. Do đó trong trường hợp cụ thể , bằng thực nghiệm người ta có thể tìm số vòng quay thích hợp cho khuấy trộn. Nếu tăng quá số vòng quay đó thì năng lượng tiêu hao sẽ tăng lên. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 41 Hình cánh khuấy mái chèo hình khung Để tăng sự khuấy trộn chất lỏng thường người ta dùng cánh khuấy mái chèo hình khung, loại mái chèo này có phần đáy cong tương ứng với bán kính cong của đáy thiết bị. Đôi khi người ta gắn vào thiết bị các tấm ngăn để làm tăng sự xáo trộn chất lỏng. Loại cánh khuấy mái chèo có ưu điểm: cấu tạo đơn giản dễ gia công, thích hợp với chất lỏng có độ nhớt nhỏ. Nhược điểm : hiệu suất khuấy thấp đối với chất lỏng nhớt, không thích hợp với các chất lỏng dễ phân lớp. Bài tập áp dụng Đối với bột nhão người ta thường dùng khuấy loại nào A tuabin B vít C tấm chữ D mái chèo Bài giải Đáp án D loại mái chèo 2.2 Cánh khuấy loại chân vịt ( chong chóng) Để tăng sự tuần hoàn chất lỏng người ta thường dùng cánh khuấy loại chân vịt ( chong chóng) loại này thường gồm 3 cánh , mỗi cánh uốn cong 1 góc θ , góc này thay đổi dần từ 00 ở trực đến 900 ở cuối cánh. Cánh khuấy gắn trên trực , số chong chóng trên trực có thể nhiều ít khác nhau phụ thuộc điều kiện khuấy trộn và chiều sâu mực chất lỏng khuấy. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 42 Hình cánh khuấy chân vịt Bề mặt cánh khuấy nghiêng bên phải , trực quay theo chiều kim dồng hồ, chất lỏng chuyển động dọc theo trực hướng từ dưới lên , tuần hoàn như hình vẽ .Nếu cánh khuấy nghiêng bên trái , thì trực quay theo chiều ngược kim đồng hồ. Đường kính cánh khuấy chong chóng vào khoảng 0.25-0.3 đường kính thiết bị, số vòng quay vào khoảng 200-1500 vg/ph. Để tăng sự khuấy trộn người ta làm thêm bộ phận hướng chất lỏng , bộ phạn này có thể là hình ống trụ hay hình nón cụt, trong đó đặt cánh khuấy. Ngoài ra nếu thể tích thiết bị khuấy lớn người ta có thể đặt cánh khuấy lệch tâm hoặc nghiêng 1 góc 10-200 so với trực thẳng đứng. Cánh khuấy chong chóng có ưu điểm : cường độ khuấy lớn, năng lượng tiêu hao nhỏ kể cả khi số vòng quay lớn, giá thành hạ. Nhược điểm: khi khuấy chất lỏng độ nhớt cao thì hiệu suất thấp , thể tích chất lỏng được khuấy mãnh liệt bị hạn chế. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 43 2.3 Cánh khuấy tuyếcbin Cánh khuấy tuyếcbin làm việc giống như bơm ly tâm , nghĩa là cũng có guồng quay , tùy hteo cấu tạo của guồng người ta phân ra loại cánh khuấy tuyếcbin hở hay kín. Cánh khuấy tuyếcbin hở guồng động có những cánh thẳng hoặc hình cong làm việc như cánh khuấy mái chèo. Hình Cánh khuấy tuyếcbin kín Hình Cánh khuấy tuyếcbin hở Cánh khuấy tuyếcbin kín guồng động gồm 2 hình vành khăn được nối với nhau bằng những cánh nhỏ , giữa 2 cánh tạo thành rãnh. Guồng động thường đặt trong một bộ phận hướng chất lỏng đứng yên. Khi cánh khuấy tuyếcbin kín làm việc chất lỏng đi vào theo lỗ ở tâm của guồng, chuyển động theo rãnh trong guồng , rồi ra ngoài theo hướng tiếp tuyến với cánh guồng. Ta thấy chất lỏng chuyển động từ hướng nằm ngang theo bán kính và ra khỏi guồng với tốc độ lớn. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 44 Trong một đơn vị thời gian lặp đi lặp lại nhiều lần như thế làm cho chất lỏng bị khuấy mãnh liệt toàn bộ thể tích chất lỏng trong thùng. Loại cánh khuấy tuyếcbin đường kính d phụ thuộc vào đường kính của thiết bị D. Nếu đường kính D< 1.6m , đối với thiết bị có dung tích nhỏ hơn 0.75 m3 thì d = 0.5-0.33D khi D> 1.6m , đối với thiết bị có dung tích lớn hơn 0.75m3 , thì d = 0.25-0.33D. Loại cánh khuấy tuyếcbi có ưu diểm : hiệu quả cao ,hóa tan nhanh , thuận tiện cho quá trình liên tực. Loại này có hược điểm là cấu tạo phức tạp , giá thành đắt. Bài tập áp dụng Đối với chất lỏng có độ nhớt tương đối cao người ta dùng cánh khuấy loại A tuabin B khung C mái chèo D tất cả đều sai Bài giải Đáp án A dùng cánh khuấy chất lỏng cao đến 5.105 cp, để diều chế huyền phù mịn, để hoà tan các chất rắn nhanh hoặc để khuấy động các hạt rắn đã lắng cặn có nồng độ pha rắn đến 60 % 2.4 Cánh khuấy đặc biệt – thùng khuấy Thùng khuấy gồm có một thùng có cánh khuấy , trông giống như lồng sóc. Loại này dùng để tạo huyền phù nhũ tương , hoặc để tăng phản ứng hóa học giữa chất lỏng và chất khí. Thường thùng khuấy sử dụng trong trường hợp tỉ lệ đường kính của thùng và của thiết bị từ 1/4 - 1/6 và tỷ số chiều cao mực chất lỏng thùng khuấy không nhỏ hơn 10. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 45 3. Khuấy bằng khí nén Khuấy bằng khí nén dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt thấp . Khí nén thường là không khí được nén qua 1 ống các lỗ nhỏ. Ống này đặt ở tạn đáy thiết bị. Không khí chui qua lỗ tạo thành những bọt nhỏ , rồi qua lớp chất lỏng làm cho chất lỏng bị khuấy. Để khuấy được đều người ta làm đường ống khí thành vòng, hoặc xoắc ốc, đôi khi làm 1 ống thẳng đặt song song nhau. Khi tính thiết bị khuấy bằng khí nén cần phải tính áp suất của khí , áp suất này dùng để khắc phục trở lực cục bộ, trở lực do cột chất lỏng trong thiết bị và để tạo áp suât trong ống. Áp suất này có thể tính theo công thức: ( ) 021 12 p wgHp kk +Σ++= ξρρ [N/m2] Trong đó H – chiều cao cột chất lỏng trong thiết bị , m kkρρ ,1 - khối lượng riêng của chất lỏng và không khí , kg/m3 w – tốc độ không khí trong ống , thường ≅ 20-40 m/s ξΣ - tổng hệ số trở lực ma sát và trở cực bộ. Trong trường hợp chiều dài đường ống đãn khí không biết trước thì có thểt coi mắt mát áp suất trên đường ống bằng 20% trở lực của cột chất lỏng , và có thể tính theo công thức: opgHP += 12.1 ρ Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 46 Hình Khuấy bằng khí nén Lượng không khí tiêu hao xác định theo công thức thực nghiệm: pfKV ..= [m3/h] Với f – bề mặt chất lỏng yên lặng trong thiết bị trước khi khuấy , m2 p0 – áp suất lhông khí , N/m2 k – hệ số thực nghiệm , K = 2.4 – 6.0 Bài Tập ứng Dụng Chọn câu phát biểu sai: các quá trình khuấy cơ học được tạo ra nhưng đều nhằm mục đích: A Thực hiện các quá trình thuỷ cơ như tạo ra các nhũ tương, huyền phù, hoà tan đồng thời B thực hiện các quá trình trao đổi nhiệt như sự kết tinh, trích ky, hấp thụ và điện phân Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 47 C thực hiện quá trình nhiệt như cô đặc dung dịch, đun nóng, làm nguội. thực hiện các phản ứng hoá học. D thực hiện các phản ứng sinh học, phản ứng hoá học,cung cấp nhiệt lượng cho lưu chất. Bài giải Đáp án B do quá trình khuấy cơ học thực hiện các quá trình trao đổi nhiệt như sự kết tinh trích ky hấp phụ nhưng không xảy ra quá trình điện phân Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 48 Tổng kết Trong quá trình tìm hiểu và đi đến xây dụng cuốn tiểu luận này, tôi có một số nhận xét sau: - các phương trình tính năng suất và công suât vẫn còn thiếu - có một số định nghĩa chung chung chua cụ thể nên có thể làm sinh viên nhầm lẫn trong quá trình học tập và nghiên cứu - chưa đưa ra những giải pháp để giúp hạn chế những sai sót Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tiểu Luận : Các quá Trình Và thiết bị Cơ Học 49 Tài liệu tham khảo 1. Giáo trình “quá trình và thiết bị cơ học”. Trường đại học công nghiệp TP Hồ Chí Minh. 2. Phan Văn Bôn, Hoàng Minh Nam, Vũ Bá Minh. Quá trình và thiết bị công nghệ hoá học – Ví dụ và bài tập. Trường đại học bách khoa TP Hồ Chí Minh. 3. Nguyễn Văn Lụa. Các quá trình và thiết bị cơ học. Trường địa học bách khoa TP Hồ Chí Minh. 4. Đỗ Trọng Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo. Võ Thị Tươi, Trần Xoa. Cơ sơr quá trình và thiết bị công nghệ hoá học. tập 2 NXB đại học và trung học chuyên nghiệp, hà nội 1974. 5. Trang wes: w.w.w.hut.edu.com.vn của trường đại học bách khoa hà nội 6. Trang wes :w.w.w.ebook.com.vn 7. trang wes: w.w.w.google.com.vn