Tính toán thiết kế thiết bị lọc ép bùn băng tải công suất 200kg/h

§å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 1 Më §ÇU D−íi gãc ®é b¶o vÖ m«i tr−êng, bïn th¶i lµ mét trong c¸c ®èi t−îng ®−îc quan t©m xö lý v× tÝnh phøc t¹p vµ møc ®é khã kh¨n khi triÓn khai c«ng nghÖ xö lý trong ®iÒu kiÖn cô thÓ. Thêi gian qua ë n−íc ta ch−a qu¶n lý c¸c nguån bïn th¶i ph¸t sinh ®· g©y nªn « nhiÔm nguån n−íc, ®Êt ë nhiÒu ®Þa ph−¬ng. ¶nh h−ëng nghiªm träng ®Õn hÖ sinh th¸i vµ søc khoÎ céng ®ång. Bïn th¶i nãi chung bao gåm c¸c chÊt v« c¬, h÷u c¬ th«ng th−êng vµ c¸c chÊt nguy h¹i. HiÖn nay cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p xö lý bïn ®· vµ ®ang ®−îc ¸p dông b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p vËt lý, ho¸ häc vµ sinh häc nh»m t¸ch n−íc chuyÓn ho¸ bïn thµnh c¸c d¹ng kh«ng ®éc h¹i hoÆc tiªu huû l−îng bïn ph¸t sinh. C«ng nghÖ xö lý bïn nãi chung lµ qu¸ tr×nh phøc t¹p, phô thuéc vµo c¸c thµnh phÇn cña bïn vµ ph−¬ng ph¸p xö lý. Mét trong c¸c ph−¬ng ph¸p xö lý ®Ó lµm ®Æc bïn lµ ph−¬ng ph¸p läc Ðp b¨ng t¶i, ®©y còng lµ vÊn ®Ò giao trong nhiÖm vô thiÕt kÕ tèt nghiÖp cña em. §Ò tµi cô thÓ lµ : “TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ läc Ðp bïn b¨ng t¶i c«ng suÊt 200kg/h”. Tæng quan c¸c tµi liÖu vÒ c«ng nghÖ vµ tÝnh to¸n thiÕt kÕ hÖ thèng läc Ðp bïn b¨ng t¶i. Néi dung luËn v¨n tèt nghiÖp gåm: Ch−¬ng I: Tæng quan vÒ bïn vµ qu¸ tr×nh xö lý bïn th¶i; Ch−¬ng II: C¬ së thiÕt kÕ m¸y läc Ðp b¨ng t¶i; Ch−¬ng III: X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cña m¸y läc Ðp bïn b¨ng t¶i Ch−¬ng IV: ThiÕt kÕ hÖ thèng läc Ðp b¨ng t¶i. C«ng nghÖ xö lý bïn nãi chung, läc Ðp bïn b¨ng t¶i nãi riªng cã thÓ nãi rÊt phong phó vµ phøc t¹p. HÖ thèng thiÕt bÞ ®−îc thiÕt kÕ phô thuéc rÊt nhiÒu vÒ tÝnh chÊt ®Æc tr−ng cña lo¹i bïn vµ lo¹i thiÕt bÞ xö lý. Kh«ng thÓ tÝnh to¸n, thiÕt kÕ hoµn chØnh ®−îc hÖ thèng víi môc tiªu tèi −u vÒ kinh tÕ, kü thuËt, m«i tr−êng khi ta ch−a cã ®−îc sè liÖu nghiªn cøu thùc nghiÖm. Do ®ã ch¾c ch¾n thiÕt kÕ ban ®Çu nµy cßn cã nh÷ng yÕu tè ch−a ®−îc tÝnh to¸n hoµn thiÖn do thêi gian cã h¹n. Song qua luËn v¨n nµy, em hy väng sÏ nhËn ®−îc sù gãp ý chØ dÉn cña c¸c chuyªn gia ®Ó cã thÓ thùc hiÖn tèt h¬n trong viÖc gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò thùc tÕ trong t−¬ng lai. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 2 CH¦¥NG I. TæNG QUAN VÒ BïN TH¶I vμ qu¸ tr×nh xö lý bïn th¶i I.1. KH¸I NIÖM CHUNG VÒ BïN TH¶I I.1.1. Kh¸i niÖm bïn th¶i Bïn lµ tËp hîp c¸c h¹t l¬ löng cña c¸c chÊt v« c¬, h÷u c¬ th«ng th−êng vµ c¸c chÊt nguy h¹i. Nh− vËy, bïn th¶i cã thÓ ®−îc ph¸t sinh tõ nguån phÕ th¶i c«ng nghiÖp, n«ng nghiÖp hoÆc tõ c¸c tr¹m xö lý n−íc th¶i.ChÝnh v× vËy, thµnh phÇn v« c¬, h÷u c¬ trong bïn rÊt phøc t¹p. Bïn th¶i cã thÓ lµ t¸c nh©n trùc tiÕp g©y « nhiÔm tøc thêi còng nh− l©u dµi tíi m«i tr−êng. MÆt kh¸c bïn th¶i nÕu kh«ng qu¶n lý tèt th× cã thÓ g©y « nhiÔm tíi nguån n−íc, ph¸t sinh dÞch bÖnh ¶nh h−ëng ®Õn hÖ sinh th¸i vµ søc khoÎ céng ®ång. Do ®ã xö lý bïn th¶i lµ nhiÖm vô kh«ng thÓ thiÕu ®−îc trong xö lý n−íc. I.1.2. Ph©n lo¹i bïn th¶i. §Æc tÝnh ph©n lo¹i bïn lµ c¬ së ®Ó chon ph−¬ng ph¸p xö lý, chÝnh nã còng cho sù dù ®o¸n møc ®é tèi −u cña c¸c thiÕt bÞ sö dông. Phô lôc 1 cho biÕt sù ph©n lo¹i bïn kh¸c nhau phô thuéc vµo nguån gèc vµ thµnh phÇn cña chóng. Thµnh phÇn nµy còng ®ång thêi phô thuéc vµo b¶n chÊt « nhiÔm ban ®Çu cña n−íc vµ ph−¬ng ph¸p lµm s¹ch: vËt lý, hãa lý, sinh häc. ™ I.1.3. C¸c yÕu tè ®Æc tr−ng b¶n chÊt cña bïn ™ Tæng l−îng chÊt r¾n (TS – Total Solids): §−îc tÝnh b¨ng g/l hoÆc % träng l−îng vµ x¸c ®Þnh ®−îc b»ng c¸ch sÊy bïn ë 105 0C cho tíi khi träng l−îng kh«ng ®æi. §èi víi bïn láng nãi chung nã gÇn víi hµm l−îng cña huyÒn phï ®−îc x¸c ®Þnh bëi bé läc hoÆc bé läc trung t©m. ™ Hµm l−îng c¸c chÊt bay h¬i (VS – Volatile Solids) ®−îc tÝnh b»ng % träng l−îng TS. Nã ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch ho¸ khÝ trong lß tõ 550 – 600 0C. §èi víi bïn h÷u c¬ −a n−íc, nã th−êng g¾n víi hµm l−îng chÊt h÷u c¬ vµ cã ®Æc tÝnh cña hµm l−îng c¸c chÊt chøa nit¬ ™ Thµnh phÇn c¬ b¶n ®Æc biÖt cña bïn h÷u c¬ - C vµ H ®Ó ®¸nh gi¸ ®é æn ®Þnh hoÆc tÝnh to¸n kh¶ n¨ng t¹o nhiÖt néi bé; §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 3 - N vµ P ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng cña bïn n«ng nghiÖp; - C¸c thµnh phÇn kh¸c ( kim lo¹i nÆng). §èi víi bïn v« c¬ th−êng sö dông hµm l−îng Fe, Mg, Al, Cr, muèi canxi (cacbonat vµ sunfat) silic. - COD, BOD5, pH, c¸c chÊt hoµ tan. I.2. C¸C QU¸ TR×NH Xö Lý BïN TH¶I TÊt c¶ bïn cÇn ®−îc xö lý tr−íc khi th¶i ra m«i tr−êng, tuy nhiªn còng cã thÓ sö dông l¹i. §iÒu ®ã phô thuéc vµo sù ph©n lo¹i bïn còng nh− b¶n chÊt cña bïn ®· nªu ë trªn. Xö lý bïn ph¶i ®¸p øng ®−îc hai môc tiªu sau: ™ Gi¶m thÓ tÝch bïn b»ng c« ®Æc, khö n−íc b»ng sÊy kh« tù nhiªn, t¸ch b»ng c¬ häc hoÆc khö n−íc b»ng sÊy nãng hay thiªu ®èt. ™ Gi¶m kh¶ n¨ng lªn men hay ph©n huû bïn g©y « nhiÔm m«i tr−êng b»ng ph©n huû do c¸c vi khuÈn kþ khÝ, æn ®Þnh vi sinh vËt hiÕu khÝ, æn ®Þnh ho¸ häc, sÊy kh«, khö trïng vµ thiªu ®èt trong giai ®o¹n cuèi cïng. PhÇn lín bïn h÷u c¬ hay v« c¬ −a n−íc cÇn ®−îc xö lý s¬ bé lµ ®iÒu hoµ phï hîp ®Ó cho phÐp lµm viÖc ë c¸c thiÕt bÞ c¬ khÝ khö n−íc kh¸c nhau. Møc ®é khö n−íc tr−íc hÕt phô thuéc vµo lo¹i bïn cÇn xö lý, nh−ng còng phô thuéc vµo ph−¬ng ph¸p ®iÒu hoµ phï hîp còng nh− thiÕt bÞ sö dông. Bïn ®· khö n−íc cã thÓ tiÕp tôc ®−îc xö lý tiÕp b»ng c¸c c¸ch kh¸c nh−: - C¶i thiÖn cÊu tróc vµ gi¶m tû lÖ hy®rat cña cÆn b»ng c¸ch thªm vµo c¸c chÊt kh¸c (ch¼ng h¹n nh− v«i hay mïn c−a, phoi bµo trong ph−¬ng ph¸p ñ ph©n). - SÊy kh« b»ng ph−¬ng ph¸p nhiÖt ®Ó cã thÓ th¶i bá ®−îc. - Cuèi cïng lµ thiªu ®èt trong c¸c lß phï hîp víi viÖc tiªu thô n¨ng l−îng mét c¸ch nhá nhÊt. Cã thÓ tËn dông nhiÖt cña c¸c lß ®èt nµy vµo nh÷ng môc ®Ých kh¸c. I.2.1. §iÒu hoµ t¸ch n−íc khái bïn §Ó cã thÓ lîi dông c¸c thiÕt bÞ khö n−íc kh¸c nhau, cÇn ph¶i kÕt b«ng bïn ®Ó lµm mÊt tÝnh æn ®Þnh cña chÊt keo, t¨ng mét c¸ch nh©n t¹o kÝch th−íc c¸c h¹t. §iÒu hoµ b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p vËt lý(chñ yÕu lµ nhiÖt), hoÆc c¸c ph−¬ng ph¸p ho¸ häc (thªm chÊt ph¶n øng v« c¬ hay P«lyme tæng hîp). Trong c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau th× ®iÒu hoµ b»ng nhiÖt cã hiÖu qu¶ nhÊt ®Ó gi¶m tÝnh hót n−íc cña bïn. KÕt b«ng ho¸ häc, cÇn ph¶i dïng c¸c chÊt ®iÖn ph©n v« c¬ (muèi kim §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 4 lo¹i vµ ®Æc biÖt lµ v«i) còng lµm gi¶m tû lÖ n−íc liªn kÕt, nh−ng ë møc ®é nhá. Sö dông chÊt ®a ®iÖn li kh«ng gi¶m ®−îc tû lÖ n−íc liªn kÕt mµ ®«i khi cßn lµm t¨ng. §iÒu hoµ bïn phï hîp hay kh«ng sÏ lµm ¶nh h−ëng ®Õn ®é mÊt n−íc cña bïn, vµ ®iÒu hoµ lµm c¬ së ®Ó ho¹t ®éng cña c¸c thiÕt bÞ khö n−íc cña bïn sau ®ã. I.2.2. Khö n−íc cña bïn b»ng läc Lµm kh« bïn b»ng läc lµ ph−¬ng ph¸p khö n−íc ®−îc dïng nhiÒu nhÊt trong xö lý bïn tõ c¸c tr¹m xö lý n−íc th¶i. Cã thÓ läc trªn líp c¸t hoÆc trªn bé läc “c¬ khÝ”, trong ch©n kh«ng, d−íi ¸p suÊt lín . D−íi ®©y lµ mét sè ph−¬ng ph¸p khö n−íc cña bïn b»ng läc: ™ S©n ph¬i bïn ™ Läc ch©n kh«ng ™ Läc d−íi ¸p suÊt trong buång kÝn ™ C¸c thiÕt bÞ läc Ðp bïn b¨ng t¶i I.2.3. Läc li t©m M¸y ly t©m dïng trong xö lý bïn th¶i lµ c¸c thiÕt bÞ l¾ng liªn tôc trong r«to h×nh trô n»m ngang. ™ ¦u ®iÓm: - Khö n−íc liªn tôc trong khoang kÝn vµ ch¾c, lµm gi¶m ®éc h¹i cña mïi bïn vµ gi¸ thµnh khö mïi côc bé; - T¸ch tèt c¸c chÊt r¾n ë bïn rÊt kho¸ xö lý (bïn hy®roxyt lo·ng, mét sè bïn h÷u c¬). M¸y ly t©m còng ®Æc biÖt thÝch hîp víi bïn chøa dÇu; - Gi¶m thêi gian theo dâi s¶n xuÊt, ngoµi thêi gian më m¸y vµ víi ®iÒu kiÖn xö lý bïn thèng . ™ Nh−îc ®iÓm - N¨ng l−îng tiªu thô lín h¬n nhiÒu so víi c¸c lo¹i läc Ðp b¨ng t¶i - Kh«ng nh×n thÊy bïn trong qu¸ tr×nh xö lý vµ cÇn 1 nh©n lùc cã chuyªn m«n h¬i cao mét chót ®Ó hiÓu ®−îc nguyªn nh©n hiÖu suÊt t¸ch kÐm. - Chi phÝ b¶o d−ìng ®¸ng kÓ - øng suÊt c¬ lín do tèc ®é quay trùc vÝt lín. Sau mçi lÇn t¸c dông lªn mét trong hai bé phËn, cÇn ph¶i c©n b¨ng l¹i. - T−¬ng ®èi nh¹y víi sù thay ®æi ®ét ngét chÊt l−îng vµ nång ®é cña bïn. I.2.4. SÊy kh« _thiªu ®èt §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 5 SÊy kh« lµ ph−¬ng ph¸p dïng nhiÖt ®Ó t¸ch n−íc khái bïn do sù bay h¬i cña n−íc. Cã thÓ sÊy kh« tõng phÇn hoÆc toµn bé. Thiªu ®èt kh«ng nh÷ng dÉn ®Õn lo¹i bá toµn bé n−íc trong bïn mµ cßn ®èt ch¸y c¸c chÊt h÷u c¬ cã trong bïn. §ã lµ ph−¬ng ph¸p thu ®−îc chÊt th¶i cã khèi l−îng nhá nhÊt. I.3. C¸C THIÕT BÞ LäC ÐP BïN B¡NG T¶I KÝch th−íc c¸c côc ®«ng tô nhËn ®−îc b»ng ®iÒu hoµ víi chÊt ®a ®iÖn li cho kh¶ n¨ng ph¸t triÓn c¸c thiÕt bÞ khö n−íc ®Æc biÖt, thÝch hîp víi xö lý bïn th¶i: c¸c bé läc Ðp b¨ng t¶i. Chóng ®−îc dïng phæ biÕn v× nhiÒu lÏ: - Kh¶ n¨ng khai th¸c dÔ dµng vµ kiÓm tra mét c¸ch râ rµng bïn trong qu¸ tr×nh khö n−íc; - Gi¸ thµnh khai th¸c nhá vµ vèn ®Çu t− Ýt - Lµm viÖc vµ röa b»ng läc liªn tôc; - Bé phËn ®¬n gi¶n; - Nãi chung kh«ng cÇn thiÕt thªm chÊt v« c¬ (vÝ dô ®«i khi mïn c−a hay tro ®èi víi mét sè bïn ch−a hîp); - Bïn t¹o ra cã ®é kh« dÔ vËn chuyÓn ®−îc. Bé läc nµy cho phÐp tèi −u vèn ®Çu t− tuú thuéc vµo kh¶ n¨ng khö n−íc cña bïn, chi phÝ Ýt n¨ng l−îng: Läc Ðp b¨ng t¶i : 10-25 kWh/t c¸c chÊt huyÒn phï Läc Ðp cò : 20-40 kWh/t c¸c chÊt huyÒn phï Läc li t©m : 30-60 kWh/t c¸c chÊt huyÒn phï Läc ch©n kh«ng : 50-150 kWh/t c¸c chÊt huyÒn phï I.3.1. Nguyªn t¾c läc Qu¸ tr×nh läc bao gåm c¸c b−íc sau ®©y: - KÕt b«ng ®èi víi c¸c chÊt ®a ®iÖn li trong m¸y kÕt b«ng cã thêi gian tiÕp xóc ng¾n hay ®«i khi trong èng dÉn; - Th¸o bïn ®· kÕt b«ng: th¸o n−íc gi¶i phãng qua c¸c khe hë trªn mÆt läc. §iÒu ®ã lµm ®Æc nhanh chãng bïn ®Ó thu ®−îc hiÖu qu¶ cao h¬n, bïn d− th¸o n−íc ®−îc lµm ®Æc h¬n; §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 6 - NÐn bïn ®· tiªu n−íc: bïn nµy cã ®é nÐn ®ñ lín ®−îc h·m gi÷a hai líp v¶i läc t¹o lªn mét gãc l−în vµ Ðp dÇn. C¸c líp bïn t¹o thµnh ch¹y liªn tôc quanh tang quay khoan lç vµ sau ®ã lµ cùc rßng räc cã h×nh r¨ng c¸ sÊu tiÕp tôc hµnh tr×nh tuú theo lo¹i thiÕt bÞ. HiÖu qu¶ khö n−íc phô thuéc vµo ¸p suÊt hiÖu dông Pe ®Æt vµo líp bïn trªn mÆt b¨ng, còng nh− thêi gian Ðp. Mét c¸ch ®¬n gi¶n, ¸p suÊt bÒ mÆt Pe cã d¹ng: LD TkPe 2= ; Trong ®ã: T - Lùc c¨ng v¶i läc; L - BÒ réng v¶i läc; D - §−êng kÝnh tang quay. Pe thu ®−îc b»ng søc c¨ng b¨ng t¶i läc quanh tang. Nã rÊt nhá (0,3-1 bar), do ®é bÒn c¬ häc cña b¨ng t¶i vµ tang quay. Pe cµng lín th× ®−êng kÝnh tang cµng nhá. Thêi gian Ðp phô thuéc diÖn tÝch t¸c dông Ðp vµo tang quay (H×nh I.1) vµ tèc ®é të cña b¨ng. N−íc t¸ch rÊt dÔ do øng suÊt cña bïn khi chuyÓn qua tang quay vµ cã thÓ thay ®æi tõ mét phÝa sau ®ã lµ phÝa cña “th¶m bïn”. 2 1 R1 P2>P1 R2<R1 H×nh I.1. Bé läc Ðp b¨ng t¶i, bÒ mÆt t¸c dông cña m¸y Ðp 1. ¸p lùc P1 2. Lùc c¨ng T cña b¨ng läc. ë c¸c bé läc Ðp bïn b¨ng t¶i, m¸y Ðp lµm viÖc trong mét khoang hë, líp bïn n¹p kÝn c¸c phÝa, d−íi ¸p suÊt gióp cho viÖc truyÒn t¶i bïn vÒ phÝa tr−íc. NÕu ¸p suÊt qu¸ lín th× ®é c« kÕt cña th¶m bïn bÞ ph¸ huû, bïn nh·o phun ra bªn c¹nh ngoµi khe hë läc. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 7 ¸p suÊt g©y r·o bïn ®−¬ng nhiªn phô thuéc vµo cÊu tróc vËt lÝ cña bïn ®−îc tiªu n−íc. §é kh« thu ®−îc trªn bé läc Ðp b¨ng t¶i lín h¬n so víi bé läc cã buång kÝn. Cã hai kh¶ n¨ng c¶i thiÖn nh−îc ®iÓm nµy : - T¨ng sè tang quÊn vµ gi¶m ®−êng kÝnh cña tang quay ë cuèi chu tr×nh läc (trong ph¹m vi giíi h¹n cña søc bÒn c¬ häc); - Dïng hÖ thèng Ðp ngoµi ®éc lËp víi søc c¨ng cña b¨ng t¶i. Tuy nhiªn c¸c thiÕt bÞ bæ sung chØ cã thÓ dïng cho bïn cã ®é dÝnh kÕt lín, vÝ dô cã sîi. Thùc vËy, bïn cã nhiÒu keo kh«ng bÒn víi lùc nÐn bæ sung hoÆc chØ cho mét tØ lÖ lµm kh« nhá. C¸c bé läc Ðp b¨ng t¶i cò cho phÐp nhËn c¸c kÕt qu¶ tèt ®èi víi ®a sè bïn h÷u c¬ hay hy®r«xit, v× nång ®é kh« thu ®−îc ®· gÇn tíi ®é kh« giíi h¹n. I.3.2. Mét sè thiÕt bÞ läc Ðp bïn b¨ng t¶i Tuú theo môc ®Ých sö dông vµ sè l−îng bïn khö n−íc, ng−êi ta chÕ t¹o s½n nhiÒu thiÕt bÞ läc Ðp kh¸c nhau. I.3.2.1. ThiÕt bÞ läc Ðp ST ThiÕt bÞ nµy cho phÐp nhËn ®−îc kÕt qu¶ tèi −u ®èi víi phÇn lín c¸c lo¹i bïn. Do vËy nã ®−îc dïng nhiÒu nhÊt. - Bïn ®−îc ®−a cïng víi chÊt kÕt b«ng vµo mét bé trén (1) cã trang bÞ m¸y khuÊy. Bïn ®· kÕt b«ng ®æ vµo b¨ng t¶i (2) trong vïng th¸o n−íc (3). Bïn ®−îc ph©n bè ®ång ®Òu trªn tÊt c¶ bÒ réng cña b¨ng t¶i b»ng mét b¨ng cao su trung gian ng¨n viÖc th¸o n−íc qu¸ nhanh vµ thuËn lîi cho viÖc t¶i bïn láng. ë vïng th¸o n−íc, th¶m bïn ®−îc xíi lªn vµ ph©n chia thµnh líp ®Òu vµ ®ång nhÊt b»ng con l¨n (5) gäi lµ con l¨n ®iÒu tiÕt. Nã cho phÐp: - §−a vµo vïng nÐn th¶m bïn ®iÒu chØnh ®−îc (bÒ dµy thay ®æi trong ph¹m vi tõ 10 ®Õn 40 mm tuú theo vÞ trÝ ®Þnh tr−íc cña ng−êi ®iÒu khiÓn); - §Æc biÖt thùc hiÖn lµm r¾n s¬ bé ®Ó h¹n chÕ sù r·o ë ®Çu qu¸ tr×nh nÐn. Bïn tiÕp tôc ®−îc ®−a vµo gi÷a 2 líp b¨ng t¶i trªn (2) vµ d−íi (6) vµ chÞu mét søc nÐn b×nh th−êng quanh tang quay cã ®−êng kÝnh lín h¬n (7). C¶ hai líp b¨ng t¶i ®−îc kÐo liªn tôc qua c¸c con l¨n dÉn ®éng (8) cã ®−êng kÝnh gi¶m dÇn cho phÐp t¨ng ¸p suÊt nÐn bïn. Sè con l¨n ®−îc chän sao cho qu¸ tr×nh khö n−íc hÇu nh− kÕt thóc tr−íc khi t¸c ®éng vµo con l¨n cuèi cïng. ë cöa ra c¶ hai líp b¨ng t¶i ®−îc t¸ch ra sau khi chuyÓn qua tang kÐo (9) vµ c¸c th¶m bïn ®−îc gì ra §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 8 b»ng tÊm g¹t (10) ®Ó th¸o gì b»ng b¬m t¶i hay b¬m ®Èy. §Þnh t©m tù ®éng cña mçi b¨ng t¶i ®−îc b¶o ®¶m b»ng mét con l¨n ®Ó dÞch chuyÓn gãc, ®iÒu khiÓn b»ng khÝ Ðp (11). C¶ hai b¨ng t¶i ®−îc röa liªn tôc trong khoang kÝn (12) nhê cã vßi phun bôi n−íc d−íi ¸p suÊt (4-6 bar). H×nh I.2 .S¬ ®å nguyªn lý cña thiÕt bÞ läc Ðp ST 1. Bé trén; 2. B¨ng t¶i d−íi; 3. Vïng th¸o n−íc; 4. R¨ng b¨m; 5. Con l¨n ®iÒu tiÕt 6. B¨ng t¶i phÝa trªn; 7. Tang trèng khoan lç; 8. Con l¨n d·n ®éng; 9. Tang dÉn ®éng; 10. TÊm g¹t bïn; 11. Con l¨n ®Þnh t©m; 12. Khoang röa; 13. KÝch khÝ nÐn. ViÖc ®iÒu chØnh ®¬n gi¶n cã thÓ thÝch hîp cho sù lµm viÖc cña hÖ läc víi c¸c ®Æc tÝnh cña bïn: - Søc c¨ng b¨ng t¶i do kÝch thÝch khÝ nÐn (13) ®iÒu chØnh ®−îc ¸p suÊt; - Tèc ®é kÐo b¨ng t¶i ®iÒu chØnh ®−îc tõ 1 ®Õn 4 m/phót; - N¨ng l−îng kÕt b«ng cã thÓ ®¸p øng b»ng c¸ch ®iÒu chØnh tèc ®é bé khuÊy cña bÓ kÕt b«ng; - §iÒu chØnh chiÒu cao cña th¶m bïn ë cöa vµo cña m¸y Ðp. Gi¸ ®ì cña thiÕt bÞ läc Ðp bïn b¨ng t¶i ®−îc nghiªn cøu sao cho cã thÓ: - Nh×n râ rµng vïng tiªu n−íc; - DÔ dµng ®¹t tíi c¸c bé phËn c¬ khÝ. BÒ réng cña b¨ng cã thÓ tõ 1,2 ®Õn 3 m chiÕm mét ph¹m vi lín trong viÖc ®Þnh kÝch th−íc ph©n x−ëng xö lý bïn. I.3.2.2. ThiÕt bÞ läc Ðp SL Pôlyme Bùn 4 12 11 10 6 7 8 10 13 13 2 1 3 5 8 11 9 Kêt bông Làm ráo nước nén §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 9 ThiÕt bÞ (réng 1 m) lµ mét thiÕt bÞ ST ®¬n gi¶n cho phÐp gi¶m vèn ®Çu t−. Nã gåm nhiÒu con l¨n thu hÑp. Khi bé läc ®−îc dïng cho c¸c bïn keo cã tÝnh sÊy kh« giíi h¹n nhá (vÝ dô bïn sôc khÝ l©u), gi¶m thêi gian Ðp chØ cã ¶nh h−ëng nhö ®Õn ®é kh« cña th¶m bïn (Ýt h¬n tõ 1 ®Õn 3 ®iÓm so víi thiÕt bÞ läc Ðp ST). Tuy nhiªn, l−u l−îng cña bé läc nµy th−êng gi¶m ®i chót Ýt. ChÊt l−îng chÕ t¹o ST vÉn ®−îc gi÷ nguyªn. Bùn Bã Bùn H×nh I.3. MÆt c¾t thiÕt bÞ läc Ðp SL I.3.2.3. ThiÕt bÞ läc Ðp HD ThiÕt bÞ läc HD cho phÐp chiÒu cao hiÖu qu¶ ®èi víi bïn c« kÕt ch¾c, trong ®iÒu kiÖn c«ng nghiÖp kh¾t khe, ®é ch¾c ch¾n cña thiÕt bÞ ®Æc biÖt thÝch hîp cho øng suÊt lín. ThiÕt bÞ nµy ®¸p øng cho bïn cã hÖ sè nÐn nhá vµ cã ®é kh« tíi h¹n (trong c«ng nghiÖp má, ho¸ chÊt, c«ng nghiÖp giÊy). Nã cã thÓ dïng c¸c bïn kh¸c (vÝ dô bïn ®« thÞ cã xu h−íng t¹o sîi). §Ó t¨ng n¨ng suÊt läc vµ gÇn víi ®é kh« tíi h¹n. Ng−îc l¹i hÖ sè lµm kh« víi bïn sinh häc rÊt nhá §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 10 Bùn Polyme Bã Bùn H×nh I.4. S¬ ®å nguyªn lý cña thiÕt bÞ läc Ðp HD ThiÕt bÞ läc Ðp HD (h×nh I.4) kh¸c víi thiÕt bÞ ST bëi: ™ CÊu tróc: - Khung nÆng h¬n; - KÐo v¶i läc phï hîp; - æ ®ì b¹c lãt ®Æt ë hai phÝa con l¨n cã thÓ chÞu c¸c lùc lín h¬n vµ l©u h¬n; - ThiÕt kÕ thªm b¶o vÖ chèng ¨n mßn ; - ¸p suÊt nÐn bïn lín gÊp 3-5 lÇn. ™ Ph−¬ng ph¸p: - BÒ mÆt Ðp lín gÊp 3 lÇn; - Ðp bïn tõ tõ; - Tèc ®é chuyÓn ®éng cña v¶i läc cao h¬n (tíi 6m/phót) cho phÐp t¨ng l−u l−îng khèi; ë cöa ra cña thiÕt bÞ cã ®Æt thªm mét m« ®un c¸n cho phÐp lµm kh« nh÷ng ®iÓm nhê cã ¸p suÊt lín. Tang quay cè ®Þnh Tang quay di ®éng H×nh I.5. ThiÕt bÞ läc Ðp HD H×nh I.6. ThiÕt bÞ läc Ðp m«®un c¶n. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 11 m«®un c¶n Ðp ph¼ng b»ng tang quay ®èi diÖn M«®un c¶n cña thiÕt bÞ läc Ðp HD gåm cã 3 con l¨n ®Ì vµo hai tang quay cã ®−êng kÝnh lín (h×nh I.5). B¸nh bïn, ®· khö n−íc chÞu thªm mét lùc nÐn bæ sung do chuyÓn qua c¸c con l¨n ®Æt thªm mét lùc nÐn bÒ dµy chuyÓn qua c¸c con l¨n ®Æt ®èi diÖn nhau nªn bÒ mÆt cña nã nhá h¬n so víi tr−íc (h×nh I.6). N−íc tho¸t ra thay ®æi vÒ hai phÝa cña b¸nh bïn. ¸p suÊt ®Æt lªn con l¨n c¸n thùc hiÖn b»ng bong bãng khÝ trung gian. Nã rÊt dÔ biÕn ®æi tuú thuéc vµo ®é bÒn th¶m bïn. M«®un c¸n chØ dïng cho c¸c lo¹i bïn cã kh¶ n¨ng chÞu lùc nÐn bæ sung. I.3.2.4. Sö HiÖu qu¶ cña thiÕt bÞ läc Ðp SUPERPRESSDEG §èi víi hÖ thèng nµy, kh«ng cã mét mèi quan hÖ to¸n häc nµo x¸c ®Þnh n¨ng suÊt cña thiÕt bÞ läc. §Þnh kÝch th−íc th−êng dïng thùc nghiÖm thu ®−îc trªn bïn t−¬ng tù ®−îc hoµn thiÖn b»ng mét sè phÐp thö ®¬n gi¶n trong phßng thÝ nghiÖm ®Ó biÕt ®−îc: tèc ®é th¸o n−íc, ®é kh« sau khi tho¸t n−íc, ®é bÒn bïn nh·o, ®é kh« sau khi Ðp. C¸c phÐp thö ë ph©n x−ëng mÉu c«ng nghiÖp lµm chÝnh x¸c h¬n nh÷ng tÝnh to¸n lý thuyÕt. N¨ng suÊt cña thiÕt bÞ läc Ðp bïn b¨ng t¶i ®−îc cho b»ng sè kg chÊt lµm kh« lÊy ra cho 1m chiÒu réng b¨ng trong thêi gian 1h. Trong thùc tÕ ng−êi ta dïng kh¸i niÖm l−u l−îng cÊp m3/m réng cña b¨ng trong 1h. Phô lôc 2 cho biÕt ®é lín kh¸c nhau cña hiÖu qu¶ (l−u l−îng, nhÊt lµ ®é kh«) cña mét sè lo¹i bïn chÝnh. I.3.2.5. Sö dông thiÕt bÞ läc Ðp SUPERPRESSDEG ThiÕt bÞ ®iÒu hßa phï hîp (phun p«lyme vµo èng dÉn) rÊt ®¬n gi¶n. ViÖc ®Æt thiÕt bÞ cÇn mét c«ng tr×nh cã diÖn tÝch nhá, chØ cã mét ®é cao. §Ó dÔ dµng khai th¸c vµ b¶o qu¶n, cã trang bÞ chôp hót bao trïm tÊt c¶ phÇn trªn cña thiÕt bÞ. SUPERPRESSDEG cã thÓ lµ nhãm c¸c chôp hót lu«n chuyÓn ®éng phÝa d−íi thiÕt bÞ. ™ Khai th¸c: Duy tr× mét gê bïn phÝa tr−íc trôc l¨n ®iÒu tiÓt (h×nh I.7), cho phÐp nhËn ®−îc mét l−îng n−íc läc cùc ®¹i do bïn ®−îc nghiÒn n¸t. Bé läc lµm viÖc kh«ng lµm r·o bïn ë hai mÐp, ®Ó lµm ®−îc ®iÒu nµy, ta cho t¸c ®éng mét liÒu l−îng chÊt ®a ®iÖn li lªn bÒ mÆt b¸nh bïn vµo Ðp, hay søc c¨ng vµ tèc ®é cña b¨ng t¶i läc. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 12 TØ lÖ thu håi lín nhÊt khi b¸nh bïn tù ra khái b¨ng t¶i. Víi bé läc Ðp b¨ng t¶i lu«n ph¶i t×m ra mét sù trung hoµ gi÷a ®é kh« vµ l−u l−îng khèi. H×nh I.7. S¬ ®å nguyªn lÝ cña SUPERPRESSDEG víi l−íi DEG - §Ó t×m mét l−îng cùc ®¹i, cÇn ph¶i t¨ng søc kÐo c¨ng v¶i läc, lµm t¨ng bÒ dµy cña th¶m bïn ®−a vµo Ðp (t¸c ®éng dÔ dµng lªn con l¨n ®iÒu tiÕt) vµ cã thÓ t¨ng liÒu l−îng p«lyme vµ lµm gi¶m søc c¨ng cña b¨ng t¶i läc. - §Ó t×m ®é kh« cùc ®¹i, cÇn ph¶i gi¶m tèc ®é cña v¶i läc trong giíi h¹n cho phÐp, t¨ng ¸p suÊt trong bong bãng khÝ lµm c¨ng v¶i läc. I.3.3. Bé läc Ðp b¨ng t¶i cho c¸c tr¹m läc nhá C¸c tr¹m nhá xö lý bïn sinh häc khã (sôc khÝ l©u, nhµ m¸y s÷a, x−ëng nhuém) c¸c bé läc ®¬n gi¶n víi vèn ®Çu t− nhá cho phÐp thu ®−îc bïn cã ®é kh« nhá, nh−ng cã thÓ xóc ®−îc. I.3.3.1. GD-PRESS Thùc chÊt, ®ã lµ l−íi tiªu n−íc GDE tiÕp theo lµ sù lµm kh« nhanh. Còng nh− GDE, GD-PRESS cã thÓ ®−îc cÊp b»ng bïn lo·ng mµ kh«ng cÇn dïng thiÕt bÞ c« ®Æc tÜnh trung gian. Bïn ®−îc kÕt b«ng trong èng dÉn b»ng mét bé trén tÜnh xycl«n MSC (1) tr−íc khi ®−a vµo l−íi GDE (2). Sau khi tiªu n−íc, bïn ®−îc lµm r¾n s¬ bé b»ng mét con l¨n c¸n ph¼ng (3) lµm chuyÓn qua mét nªm Ðp. Bïn nh·o chØ ®−îc mang b»ng mét líp v¶i läc (4) tiÕp tôc ®−îc lµm kh« sau khi chuyÓn qua con l¨n cè ®Þnh (5). Thêi gian nÐn rÊt ng¾n vµ ¸p lùc nhá. Lùc c¨ng b¨ng t¶i thùc hiÖn b»ng lß xo (6). V¶i läc dµy ®−îc ®Þnh h−íng mét c¸ch c¬ häc nhê c¸c m¸ (7) ë mçi con l¨n. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 13 Pôlyme Bùn 1 7 6 4 5 32 H×nh I.8. S¬ ®å nguyªn lý cña GD-PRESS Dung l−îng c¸c chÊt huyÒn phï tõ 70 ®Õn 120 kg/h (nÐn 1m réng) ®èi víi bïn cã hµm l−îng 10-20 g/l vµ 30-60 kg/h ®èi víi bïn 5-10 g/l lÊy trùc tiÕp tõ bÓ ngoµi trêi. §é kh« (10-40%) nhá h¬n 3-5 ®iÓm so víi bé läc d¶i hoµn h¶o h¬n. §Ó r¶i ph©n láng trong n«ng nghiÖp, GD-PRESS cã thÓ biÕn ®æi mét c¸ch dÔ dµng trªn bµn tiªu n−íc cÊp bïn c« ®Æc chøa 5-7% c¸c chÊt huyÒn phï. I.3.3.2. T-DEG (h×nh I.9) §ã lµ mét thiÕt bÞ läc Ðp b¨ng t¶i nhá n»m ngang: bïn ®· kÕt b«ng (1) ®−îc trµn xuèng v¶i läc (2). Bê cao (3) lµm t¨ng sù tiªu n−íc. C« ®Æc s¬ bé ®−îc thùc hiÖn b»ng trôc l¨n (4) chØ cho qua c¸c th¶m bïn dÇy tõ 2-3cm. Lµm r¾n kÕt thóc b¶o ®¶m b»ng trôc l¨n (5) c¸n líp bïn ®Õn bÒ dµy 1cm. Thùc tÕ T-DEG lµm bïn tiªu n−íc víi mét hÖ thèng Ðp s¬ bé. B¸nh bïn cã d¹ng xÕp líp. §é sÊy kh« thu ®−îc tõ 9-12% ®èi víi bïn ®Ó lµm tho¸ng l©u. N¨ng suÊt ( c¸c chÊt huyÒn phï) b×nh th−êng nh−ng ®ñ cho c¸c tr¹m côc bé: 30-50 kg/h cho thiÕt bÞ läc cã bÒ réng 1,2m. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 14 Thµnh c«ng lín nhÊt cña T-DEG lµ ®¬n gi¶n trong vËn hµnh vµ hiÖu suÊt thu håi chÊp nhËn ®−îc khi kÕt b«ng tèt. H×nh I.9. S¬ ®å nguyªn lý T-DEG CH¦¥NG II. C¥ Së THIÕT KÕ M¸Y LäC ÐP BïN B¡NG T¶I II.1 KH¸I NIÖM CHUNG VÒ QU¸ TR×NH LäC Trong c«ng nghÖ m«i tr−êng läc ®ãng vai trß quan träng, v× qua läc ng−êi ta cã thÓ ph©n riªng huyÒn phï ë bÊt cø d¹ng nµo, còng cã thÓ dïng ®Ó xö lý n−íc cÊp, n−íc th¶i, bïn th¶i . Viªc ph©n riªng b»ng ph−¬ng ph¸p läc sÏ nhanh vµ triÖt ®Ó h¬n so víi ph−¬ng ph¸p l¾ng. §Æc biÕt ®èi víi nh÷ng huyÒn phï lo·ng cã nång ®é pha r¾n d−íi 5%, c¸c h¹t r¾n cã kÝch th−íc bÐ hoÆc c¸c h¹t nhÑ kh«ng kÕt tña, kh«ng cã kh¶ n¨ng l¾ng, th× chØ cã thÓ b»ng ph−¬ng ph¸p läc míi t¸ch ®−îc. Ph−¬ng ph¸p läc ®−îc ¸p dông nhiÒu trong xö lý bïn th¶i, lµm s¹ch n−íc, s¶n xuÊt Kali, mµu, giÊy, sîi, s«®a, trong c«ng nghiÖp tuyÓn quÆng, khai th¸c than vµ nhiÒu ngµnh kh¸c. V× vËy, läc lµ qu¸ tr×nh ®· ®−îc biÕt ®Õn tõ l©u, song lóc ®Çu ng−êi ta chØ dïng v¸ch ng¨n b»ng sái c¸t, gèm sø, hoÆc v¶i. Ngµy nay, kü thuËt läc ®· ®−îc ph¸t triÓn ë tr×nh ®é cao vµ ®−îc ¸p dông réng r·i. Bùn Polyme 54 3 1 2 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 15 Theo tÝnh chÊt chung cña ph−¬ng ph¸p läc, ng−êi ta ®−a ra ®Þnh nghÜa vÒ läc nh− sau: “ViÖc t¸ch hçn hîp r¾n-láng(huyÒn phï) thµnh n−íc trong vµ b· nhê líp v¸ch ng¨n th× gäi lµ läc”. (H×nh II.1). BiÓu diÔn qu¸ tr×nh läc theo c¸c b−íc sau ®©y: 1- T¹o b· vµ cho n−íc trong (n−íc läc); 2-Röa b· s¬ bé; 3- Röa b· triÖt ®Ó b»ng dßng khÝ;4- T¸ch b· khái v¸ch ng¨n; 5-Lµm s¹ch v¸ch ng¨n. H×nh II.1. Qu¸ tr×nh läc Trong chu kú lµm viÖc, th× b−íc 2 ®Õn b−íc 5 sÏ kh«ng t¹o thµnh n−íc trong vµ gäi lµ läc gi¸n ®o¹n. NÕu qu¸ tr×nh tiÕn hµnh liªn tôc ®ång thêi tõ b−íc 1 ®Õn b−íc 5 th× gäi lµ läc liªn tôc. Dßng chÊt láng ch¶y qua líp v¸ch ng¨n nhê ®éng lùc do sù chªnh lÖch ¸p suÊt ®−îc t¹o ra cã thÓ do cét thñy tÜnh ¸p lùc trªn bÒ mÆt hoÆc ch©n kh«ng ë phÝa d−íi v¸ch ng¨n. Dùa vµo ®éng lùc häc ng−êi ta ph©n thµnh: ™ Läc d−íi ¸p suÊt thñy tÜnh (läc träng lùc) ™ Läc d−íi ¸p lùc vµ läc ch©n kh«ng. Theo tÝnh chÊt cña s¶n phÈm mµ khi läc ng−êi ta sÏ thu ®−îc n−íc trong hay b·. II.2 PH¦¥NG TR×NH VI PH¢N C¥ B¶N CñA QU¸ TR×NH LäC Qu¸ tr×nh läc ®−îc thÓ hiÖn qua diÔn biÕn phøc t¹p cña dßng ch¶y trong m«i tr−êng xèp. Nhê ®éng lùc (träng lùc, ¸p lùc hoÆc ch©n kh«ng) mµ chÊt láng ®i qua líp v¸ch ng¨n vµ t¹o ra líp b·. Sù h×nh thµnh líp b· cã ®é xèp nhiÒu hay Ýt phô thuéc vµo kÝch cì vµ cÊu t¹o h¹t r¾n vµ nã trë thµnh líp v¸ch ng¨n thø hai. V× vËy, líp v¸ch ng¨n chung cho qu¸ tr×nh läc kh«ng chØ cã líp v¸ch ng¨n mµ cßn cã líp b·. Läc bÒ mÆt lµ d¹ng ®¬n gi¶n nhÊt cña qu¸ tr×nh läc. Víi läc bÒ mÆt, tÊt c¶ c¸c h¹t r¾n ®−îc gi÷ l¹i ë v¸ch ng¨n, khi kÝch th−íc h¹t lín h¬n ®−êng kÝnh mao qu¶n. Trong nhiÒu tr−êng hîp läc bÒ mÆt g¾n liÒn víi läc s©u. Trong thùc tÕ c¸c h¹t r¾n trong huyÒn phï cã kÝch th−íc nhá h¬n lç mao qu¶n cña v¸ch ng¨n. Tuy nhiªn kh«ng ph¶i chóng chui qua ®−îc lç mao qu¶n mµ phÇn lín ®−îc gi÷ l¹i do HuyÒn phï B· V¸ch Ng¨n (v¶i läc) N−íc trong §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 16 tÝnh chÊt b¾c cÇu gi÷a c¸c h¹t r¾n víi nhau, nªn c¸c lç mao qu¶n bÞ bÐ l¹i vµ ®Õn mét lóc nµo ®ã c¶ n−íc trong còng bÞ gi÷ l¹i khi toµn bé mao qu¶n ®· bÞ lÊp kÝn. §©y lµ nguyªn nh©n cña läc s©u. TÝnh chÊt thÊm −ít cña h¹t r¾n vµ vËt liÖu v¸ch ng¨n ®ãng vai trß quan träng trong läc s©u. C¬ së lý thuyÕt lµ t¸c dông ®ång thêi gi÷a thÈm thÊu vµ hÊp phô. Sù chuyÓn ®éng cña chÊt láng qua líp v¸ch ng¨n cã thÓ biÓu thÞ gièng ph−¬ng tr×nh Fourier trong dÉn nhiÖt: z hk ∂ ∂= .ω (II.1) Trong ®ã: k- h»ng sè läc; h- cét thñy tÜnh cña chÊt láng ë chiÒu cao z qua líp v¸ch ng¨n; z h ∂ ∂ - sù thay ®æi cét thñy tÜnh cña chÊt láng. VËn tèc ω vµ chiÒu cao h lµ hµm sè cña z. VËy theo c¸c h−íng chuyÓn ®éng x, y, z ta cã vËn tèc thµnh phÇn: z hkxx ∂ ∂= .ω ; z hkyy ∂ ∂= .ω ; z hkzz ∂ ∂= .ω (II.2) LÊy mét nguyªn tè thÓ tÝch víi c¹nh dx, dy, dz ®Ó kh¶o s¸t, ta thÊy v× dßng chÊt láng cã vËn tèc vµ khèi l−îng riªng kh«ng thay ®æi nªn l−îng chÊt láng ®i qua nguyªn tè thÓ tÝch còng thay ®æi theo thêi gian (H×nh II.2). Dßng chÊt láng chuyÓn ®éng theo h−íng y qua mÆt xOz sÏ cã vËn tèc ( )1 , , ,y f x y zω τ= vµ khèi l−îng riªng ( )2 , , ,f x y zρ τ= . ë mÆt ®èi diÖn sÏ cã: y y dyy ωω ∂+ ∂ vµ dyy ρρ ∂+ ∂ §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 17 Wx zW yW Wz xW zW + dz Wz Z Y Wy W + dyy xW + dx Wx X xd dy zd X Y Z X Y Z H×nh II.2. Nguyªn tè lËp ph−¬ng Khèi chÊt láng ch¶y qua mÆt dxdz tÝnh theo ®¬n vÞ thêi gian: 1 . .dzdxy ydM ρ ω= (II.3a) Vµ ë mÆt ®èi diÖn qua nguyªn tè thÓ tÝch: ( ) 2 . . dzdxyy ydM dyy ρ ωρ ω⎡ ⎤∂= +⎢ ⎥∂⎢ ⎥⎣ ⎦ (II.3b) T−¬ng tù ta cã l−îng chÊt láng ®i qua c¸c mÆt dxdy vµ dydz. VËy l−îng chÊt láng thay ®æi khi qua c¸c mÆt cña nguyªn tè thÓ tÝch lµ: ( ). dxdydzyyM y ρ ω∂Δ = ∂ (II.3c) ( ). dxdydzxxM x ρ ω∂Δ = ∂ (II.3d) ( ). dxdydzzzM z ρ ω∂Δ = ∂ (II.3e) Tæng l−îng thay ®æi trong nguyªn tè thÓ tÝch: ( ) ( ) ( ).. . dxdydzyx zx y zM M M M x y z ρ ωρ ω ρ ω⎡ ⎤∂∂ ∂Δ = Δ + Δ + Δ = + +⎢ ⎥∂ ∂ ∂⎢ ⎥⎣ ⎦ (II.4) §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 18 Khi dßng chuyÓn ®éng cho¸n ®Çy c¸c mao qu¶n líp läc (b· vµ v¸ch ng¨n), l−îng chÊt láng chøa trong nguyªn tè thÓ tÝch lµ: . .dxdydzM ε ρ= (II.5) t ch t do ε t ch chung = ThÓ Ý ù ThÓ Ý gäi lµ ®é xèp V× cã ¸p lùc cña cét chÊt láng lªn khèi thÓ tÝch (líp b·) mµ khèi l−îng riªng, ®é xèp vµ kÝch th−íc cña b· thay ®æi theo h−íng läc (vÝ dô h−íng z). Khi ®ã l−îng láng M t−¬ng øng lùc khèi l−îng: ( ). . .dxdyM dzε ρ= (II.5a) Nªn lÊy ®¹o hµm theo thêi gian ta ®−îc: ( ). dxdyd dzdM dε dρρ dz ε ε ρ dτ dτ dτ dτ ⎡ ⎤= + +⎢ ⎥⎣ ⎦ (II.6) Sù thay ®æi kÝch th−íc b· tû lÖ víi lùc nÐn lªn b· zσ theo h−íng z, nªn: ( ) zdzdd dz α σ= − (II.7) hoÆc: ( ) zd dz dσαdz dτ dτ = − (II.8) α lµ hÖ sè nÐn theo h−íng z. DÊu trõ ( )− thÓ hiÖn zσ gi¶m dÇn theo h−íng z.ThÓ tÝch cña b· tû lÖ nghÞch víi ®é xèp vµ ®−îc tÝnh: ( )1 .dxdydz=constdV ε= − (II.9) NghÜa lµ: ( ) ( ) ( )1 dzd dxdy=0d dV ε d dz ε= − −⎡ ⎤⎣ ⎦ (II.10) Rót ra: ( ) 1 d dzdε ε dz =− (II.11) KÕt hîp víi ph−¬ng tr×nh (II.8) cã d¹ng: ( ) ( )1 . 1 zd dzdε ε dσα ε dτ dz dτ dτ −= = − − (II.12) V× cã sù c©n b»ng gi÷a zσ vµ ¸p lùc cña cét chÊt láng, nªn: onstzp σ c+ = vµ zdσ dp= − (II.13) Quan hÖ gi÷a khèi l−îng riªng, kÝch th−íc vµ ®é xèp cña b· theo ¸p suÊt ®−îc biÓu thÞ: 0 0. . dρ dp β ρ dτ dτ = (II.14) §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 19 ( )d dz . dpα dz dτ dτ = (II.15) vµ ( )d . 1 d ε dp α ε τ dτ = − (II.16) Trong ®ã: β −hÖ sè nÐn theo khèi l−îng; 0ρ −khèi l−îng riªng theo ¸p suÊt th−êng. Tæng hîp c¸c ph−¬ng tr×nh (II.5); (II.14); (II.15) vµ (II.16) ta cã: ( ) 0.. 1 . . . dxdydzdM dp dp dpρ α ε ρ ε β ρ ε αdτ dτ dτ dτ ⎡ ⎤= − + +⎢ ⎥⎣ ⎦ hoÆc [ ]0. . . dxdydzdM dpρ α ε β ρdτ dτ= + (II.17) Víi 0ρ ρ≈ ta cã: ( ) ( ) ( ).. . .yx zρ ωρω ρω α pρ ε β x y z ε τ ⎡ ⎤∂∂ ∂ ∂⎛ ⎞+ + = +⎢ ⎥ ⎜ ⎟∂ ∂ ∂ ∂⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦ (II.18) hoÆc: . . . . .yx z x y z ωω ω p p p α p ρ ω ω ω ρ ε β x y z x y z ε τ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂⎛ ⎞+ + + + + = +⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂⎝ ⎠⎝ ⎠⎝ ⎠ Khi hÖ sè nÐn bÐ, c¸c thõa sè , , 0p p p x y z ∂ ∂ ∂ ≈∂ ∂ ∂ . KÕt hîp ph−¬ng tr×nh (II.2) vµ (II.18) cã d¹ng: 2 2 2 2 2 2. h h h α pk ε β x y z ε τ ⎡ ⎤∂ ∂ ∂ ∂⎛ ⎞+ + = +⎜ ⎟⎢ ⎥∂ ∂ ∂ ∂⎝ ⎠⎣ ⎦ (II.19) Thay 0. .p ρ g h= vµo, ta ®−îc: 2 2 2 0 2 2 2 .ερ gh h h α h β x y z k ε τ ⎛ ⎞∂ ∂ ∂ ∂⎛ ⎞+ + = +⎜ ⎟⎜ ⎟∂ ∂ ∂ ∂⎝ ⎠⎝ ⎠ (II.19a) Ph−¬ng tr×nh vi ph©n riªng phÇn (II.19) vµ (II.19a) m« t¶ dßng chÊt láng qua líp läc. II.3. NH÷NG YÕU Tè ¶NH H¦ëNG §ÕN QU¸ TR×NH LäC Nh÷ng ®¹i l−îng liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh läc lµ n¨ng suÊt, ®é t¸ch n−íc vµ ®é Èm cña b·. Nh÷ng yÕu tè c¬ b¶n cã ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn qu¸ tr×nh läc gåm: §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 20 ™ HuyÒn phï: l−îng, kÝch cì, bÒ mÆt, d¹ng, tÝnh ú vµ ®é ph©n t¸n cña h¹t trong huyÒn phï; nhiÖt ®é, ®é nhít, tÝnh ®iÖn ly cña láng (n−íc); träng l−îng riªng cña n−íc trong vµ b·. ™ V¸ch läc (gåm v¸ch ng¨n vµ b·): thÓ tÝch mao qu¶n, ®é lín mao qu¶n, d¹ng mao qu¶n vµ trë lùc dßng. ™ Chªnh lÖch ¸p suÊt: ¸p suÊt ë hai phÝa v¸ch läc, vËn tèc dßng qua v¸ch läc, cÊu t¹o vµ trë lùc líp b·, dßng chuyÓn ®éng cña chÊt láng. Nh÷ng yÕu tè nµy ®éc lËp víi nhau nh−ng cã quan hÖ t¸c ®éng lÉn nhau. (H×nh II.3) biÓu diÔn mèi quan hÖ nµy. H×nh II.3. Quan hÖ gi÷a c¸c yÕu tè cña qu¸ tr×nh läc Sè vßng quay, ®é nhóng s©u vµ mét sè yÕu tè kh¸c ®−îc nªu cô thÓ ë nh÷ng m¸y mãc riªng, nh− thïng quay, b¨ng t¶i, .v.v… II.3.1 ¶nh h−ëng cña líp b· Yªu cÇu läc lµ trong mét thêi gian ng¾n cã mét l−îng lín huyÒn phï ®−îc ph©n riªng thµnh b· vµ n−íc trong, tøc n¨ng suÊt läc (tÝnh theo m3 huyÒn phï/m2 bÒ mÆt läc × thêi gian hoÆc m3 n−íc trong/m2 bÒ mÆt läc × thêi gian) lµ lín nhÊt N¨ng suÊt Thêi gian th¸o vµ lµm s¹ch Thêi gian b¬m ThÈm thÊu qua CÊu t¹o líp b· §é Èm Thêi gian röa Sè vßng quoay §é nhóng s©u KÝch th−íc h¹t D¹ng h¹t Lo¹i h¹t r¾n VËn tèc ch¶y Lo¹i chÊt láng §é Èm KK Khèi l−îng riªng §é ú Nång ®é h¹t Chªnh lÖch ¸p suÊt Khèi l−îng riªng §é ®iÖn ly NhiÖt ®é §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 21 vµ l−îng n−íc trong vµ b· ®−îc t¸ch triÖt ®Ó. VËn tèc cña n−íc trong tû lÖ thuËn víi ®éng lùc vµ tû lÖ nghÞch víi trë lùc, tøc b»ng ®éng lùc nh©n víi kh¶ n¨ng ®i qua cña n−íc trong. Trë lùc cña v¸ch ng¨n rÊt bÐ so víi trë lùc cña líp b·, nªn trë lùc chung cña qu¸ tr×nh läc tÝnh theo trë lùc cña b·. Do ®ã, sù h×nh thµnh líp b· vµ ®é xèp cña nã rÊt cã ý nghÜa ®èi víi qu¸ tr×nh läc. Líp b· cµng máng vµ ®é xèp cµng lín th× kh¶ n¨ng ch¶y qua cña chÊt láng cµng nhanh. Nh− vËy líp b· cÇn thÓ tÝch tù do vµ l−îng mao qu¶n lín. H×nh II.4. Quan hÖ gi÷a trë lùc vµ chiÒu dµy líp b·. (H×nh II.4) biÓu thÞ sù phô thuéc cña trë lùc líp b· vµo chiÒu dµy cña nã trong qu¸ tr×nh läc huyÒn phï chøa bôi than cã kÝch th−íc h¹t 0.5μm. Trë lùc t¨ng nhanh khi b¾t ®Çu h×nh thµnh líp b·, ®Õn ®é dµy nµo ®ã trë lùc t¨ng chËm l¹i vµ tuyÕn tÝnh víi chiÒu dµy. V× vËy ®Ó qu¸ tr×nh läc tèt cÇn líp b· cã cÊu t¹o vµ chiÒu dµy thÝch hîp ®Ó dßng chÊt láng ®i qua dÔ dµng, tøc líp b· cã trë lùc bÐ nhÊt. II.3.2 ¶nh h−ëng cña kÝch th−íc h¹t r¾n (b·) Gi¶ thiÕt líp b· chØ chøa c¸c h¹t r¾n cã d¹ng h×nh cÇu cïng kÝch th−íc, th× thÓ tÝch mao qu¶n chiÕm 26% ë mËt ®é cao vµ 48% ë ®é xèp cao. KÝch th−íc cña tõng h¹t kh«ng ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn thÓ tÝch mao qu¶n cña khèi h¹t. Tuy nhiªn dßng ch¶y cña chÊt láng qua líp b· phô thuéc vµo kÝch th−íc mao qu¶n, nªn còng chÞu ¶nh h−ëng kÝch th−íc tõng h¹t riªng lÎ. H¹t nhá t¹o ra mao qu¶n nhá, nªn trë lùc lín vµ dßng chÊt láng ®i qua khã kh¨n. 0 100 200 300 5 10 15 20 25 Trở lực lớp bã, mmHg Bề dày lớp bã·, mm 30 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 22 MÆt kh¸c gi¶ thiÕt toµn bé h¹t trong líp b· cã cïng kÝch th−íc kh«ng cã trong thùc tÕ. Víi c¸c h¹t d¹ng cÇu cã kÝch th−íc bÐ h¬n ®−êng kÝnh mao qu¶n ®−îc t¹o bëi c¸c h¹t lín sÏ dÔ chui vµo mao qu¶n cho¸n mÊt thÓ tÝch tù do. Ngoµi ra do kÝch th−íc h¹t kh¸c nhau dÔ t¹o kh¶ n¨ng b¾c cÇu. V× vËy, trë lùc líp b· cµng lín khi kÝch th−íc h¹t kh«ng ®Òu. Líp b· ®−îc t¹o do c¸c h¹t cã kÝch th−íc lín sÏ h×nh thµnh m¹ng mao qu¶n cã kÝch th−íc lín vµ dßng chÊt láng sÏ ®i qua dÔ dµng h¬n. MÆt kh¸c, ë cïng mét ®é Èm líp b· co kÝch th−íc bÐ sÏ kh« h¬n líp b· cã kÝch th−íc lín h¬n. V× Èm ®−îc ph©n bè ®Òu kh¾p vµ tæng bÒ mÆt cña h¹t lín bÐ h¬n cña h¹t nhá. Tõ nh÷ng ®iÒu kiÖn nµy mµ c¸c líp b· cã kÝch th−íc h¹t lín th× qu¸ tr×nh läc sÏ thuËn lîi h¬n. II.3.3 ¶nh h−ëng cña bÒ mÆt h¹t, d¹ng h¹t vµ tÝnh ú cña h¹t BÒ mÆt cña h¹t ¶nh h−ëng ®Õn cÊu t¹o líp b·. BÒ mÆt h¹t gå ghÒ sÏ thuËn lîi cho hiÖn t−îng b¾c cÇu, t¹o kh¶ n¨ng tèt cho sù t¹o Èm. D¹ng h¹t vµ tÝnh ú cña nã còng cã ¶nh h−ëng ®Õn sù h×nh thµnh líp b·. CÇn ph©n biÖt h¹t cã cÊu t¹o tinh thÓ ®a diÖn, trßn, sîi hoÆc tÊm. H¹t cã thÓ cøng, ®µn håi hoÆc dÎo. B· lµ tËp hîp cña h¹t r¾n cã cÊu t¹o ®a d¹ng. C¸c h¹t ®a diÖn (nhiÒu gãc c¹nh) dÔ b¾c cÇu h¬n c¸c h¹t trßn, kh¶ n¨ng tiÕp xóc nhau cña chóng nhiÒu h¬n, nh−ng kh«ng nhÊt thiÕt t¹o ®−îc líp b· xèp h¬n c¸c h¹t trßn. MÆt kh¸c khi ®i qua mao qu¶n, h¹t cã ®a diÖn vµ h¹t dµi dÔ g©y t¾c c¸c mao qu¶n h¬n h¹t trßn. §Æc biÖt h¹t d¹ng tÊm, v× chóng xÕp lªn nhau vµ t¹o ra líp b· cã rÊt Ýt mao qu¶n ®Ó chÊt láng ®i qua. C¸c h¹t cã tÝnh ®µn håi hoÆc tÝnh dÎo cao còng dÔ lÊp kÝn c¸c mao qu¶n, nhÊt lµ khi ë ¸p suÊt cao hay ë ®é ch©n kh«ng cao. Tuy nhiªn tÝnh dÎo cña b· sÏ h¹n chÕ hiÖn t−îng b¾c cÇu. ViÖc läc c¸c lo¹i huyÒn phï chøa b· cã tÝnh chÊt nµy rÊt khã; nªn trong thùc tÕ ®−îc ¸p dông theo ph−¬ng ph¸p läc ®Æc biÖt, nh− läc ë ¸p lùc nhá vµ dïng chÊt trî läc. II.3.4 ¶nh h−ëng cña dßng ch¶y HuyÒn phï chøa c¸c h¹t r¾n d¹ng ®a diÖn vµ thanh cã trë lùc dßng ch¶y thÊp nhÊt, ®Æc biÖt nÕu c¸c thanh ®−îc xÕp theo h−êng cña dßng. Trong nhiÒu tr−êng hîp víi dßng ch¶y m¹nh khi l−îng thanh lín, nÕu vËn tèc dßng ch¶y bÐ th× chØ mét l−îng nhá c¸c h¹t cã c¹nh dµi ®¹t ®Õn v¸ch ng¨n vµ b¾c ngang qua mao qu¶n. §iÒu nµy dÉn ®Õn hiÖn t−îng b¾c cÇu hîp lý vµ líp b· h×nh thµnh xèp h¬n. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 23 II.3.5 ¶nh h−ëng cña chªnh lÖch ¸p suÊt Sù chªnh lÖch ¸p suÊt ë hai phÝa v¸ch läc cã ¶nh h−ëng ®Õn dßng ch¶y cña n−íc trong.Theo lý thuyÕt vËn tèc dßng ch¶y cña n−íc trong qua mao qu¶n tû lÖ víi ¸p lùc. V× vËy, tû lÖ nµy thay ®æi lµm ¶nh h−ëng ®Õn c¸c yÕu tè kh¸c trong qu¸ tr×nh läc. Qu¸ tr×nh läc ë ¸p suÊt thuû tÜnh sÏ t¹o ®−îc líp läc xèp nhÊt. Khi läc ch©n kh«ng theo lý thuyÕt cã ®é chªnh ¸p lín nhÊt (1 kg/cm2), th× sÏ t¹o ra líp b· dµy. Vïng lµm viÖc cña läc ¸p lùc ë ¸p suÊt d− 1 ®Õn 1,5 at. NÕu läc ë ¸p suÊt cao, ¸p suÊt d− cã thÓ ®Õn 35at hoÆc lín h¬n, lµm líp b· bÞ nÐn m¹nh vµ mÊt kh¶ n¨ng xèp, nªn vËn tèc läc gi¶m. V× c¸c h¹t r¾n (b·) bÞ nÐn m¹nh lµm mÊt kh¶ n¨ng b¾c cÇu, thËm chÝ c¸c cÇu ®· ®−îc lËp còng cã thÓ bÞ bÎ g·y. Giíi h¹n nÐn cña ¸p suÊt ë líp b· cã tÝnh ®µn håi nhá h¬n ë líp b· víi h¹t d¹ng tinh thÓ cøng. Sù t¨ng ¸p suÊt lµm t¨ng trë lùc cña líp b·. B· cµng ®−îc nÐn chÆt th× ®é Èm cµng gi¶m. Nh− vËy, ®Ó cã líp b· víi trö lùc bÐ nhÊt cÇn läc ë ¸p suÊt thuû tÜnh, cßn muèn b· kh« h¬n th× ph¶i läc ë ¸p suÊt cao, nªn viÖc chon ¸p suÊt läc do yªu cÇu cô thÓ. H×nh II.5. Quan hÖ ¸p suÊt vµ vËn tèc H×nh II.6. Quan hÖ ¸p suÊt víi trë lùc vµ ®é Èm II.3.6 ¶nh h−ëng cña nång ®é huyÒn phï HuyÒn phï cã nång ®é h¹t r¾n cµng lín, c¸c h¹t r¾n cµng gÇn nhau vµ tiÕp xóc nhau th−êng xuyªn h¬n, gi¶m sù cµn trë lÉn nhau, lµm ®ång nhÊt qu·ng ®−êng l¾ng. HuyÒn phï chuyÓn ®éng theo nhiÒu h−íng kh¸c nhau trªn bÒ mÆt cña líp b·, nªn c¸c h¹t r¾n ®−îc gi÷ l¹i ë ®ã mét c¸ch lén xén vµ t¹o thµnh líp 2kp/cm 10050105 cm/s 0.04 0.03 0.02 1 0.01 300 150 5 10 Hiệu số áp số, at Trở lực Lớp bã Độ ẩm Cuối §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 24 tù nhiªn, ®Ó n−íc trong ®i qua dÔ dµng h¬n so víi c¸c líp s¾p xÕp ®Òu ®Æn, v× c¸c mao qu¶n v× c¸c mao qu¶n ®−îc t¹o thµnh do tÝnh b¾c cÇu cña h¹t nhiÒu h¬n. ë cïng chiÒu dµy líp b·, nÕu huyÒn phï cã nång ®é lín th× b· sÏ kh« h¬n (H×nh II.7). L−îng b· thu ®−îc tÝnh theo ®¬n vÞ thêi gian trªn mét ®¬n vÞ bÒ mÆt läc t¨ng cïng víi sù t¨ng cña nång ®é huyÒn phï (H×nh II.8) H×nh II.7 Quan hÖ gi÷a ®é Èm vµ H×nh II.8. ¶nh h−ëng gi÷a n¨ng suÊt nång ®é läc vµ nång ®é II.3.7 ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é VËn tèc ch¶y cña n−íc trong qua líp b· phô thuéc nhiÒu vµo ®é nhít theo h−íng xÊu. Do ®é nhít phô thuéc vµo nhiÖt ®é, nªn huyÒn phï nãng lªn sÏ gi¶m ®é nhít. VÝ dô huyÒn phï t¨ng nhiÖt ®é tõ 100C lªn 400C th× vËn tèc läc cã thÓ t¨ng gÊp ®«i. Tuy nhiªn trong thùc tÕ cßn nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c cã ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh läc nh− ¶nh h−ëng cña v¸ch läc, n¨ng suÊt läc, nªn sù t¨ng vËn tèc läc kh«ng lín khi t¨ng nhiÖt ®é .Quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é víi n¨ng suÊt vµ ®é kh« cña b· ®−îc tr×nh bµy ë h×nh II.9. C¸c th«ng sè läc (bÒ mÆt läc vµ ®iÖn tr−êng, kh¶ n¨ng thÊm −ít cña b· vµ ®Æc tÝnh cña n−íc trong, l−îng khÝ vµ h¬i Nồng độ rắn, % Độ ẩm Cuối % 10080604020 100 80 60 40 20 0 0 200 400 600 800 2 4 6 8 10 Nồng độ rắn, % 12 2Năn g Suất lọc,k g/m .h §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 25 H×nh II.9. N¨ng suÊt vµ ®é Èm b· phô thuéc vµo huyÒn phï. Trong c¸c mao qu¶n cña b· ) cã t¸c dông t−¬ng hç rÊt phøc t¹p trong qu¸ tr×nh läc. V× vËy cÇn ®−îc nghiªn cøu. II.4. THIÕT LËP PH¦¥NG TR×NH §ÆC TR¦NG CHO QU¸ TR×NH LäC ÐP B¡NG T¶I Trong thùc tÕ ng−êi ta dùa vµo c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu vµ biÕn ®æi ph−¬ng tr×nh vÒ d¹ng ®¬n gi¶n h¬n ®Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cho qu¸ tr×nh b»ng thùc nghiÖm. II.4.1 Qu¸ tr×nh läc qua líp b· cè ®Þnh Mét trong c¸c ph−¬ng tr×nh m« t¶ qu¸ tr×nh läc líp b· cè ®Þnh lµ ph−¬ng tr×nh Hagen – Poil¬. Gi¶ thiÕt líp b· ®−îc t¹o bëi tËp hîp líp h¹t vµ h×nh thµnh c¸c mao qu¶n th¼ng song song nhau theo h−íng dßng ch¶y. N−íc trong ®i qua ë chÕ ®é dßng cã l−u l−îng : 2 2 2. . . . .. . . . . 4 32 . 32. . d d p d pV F n F H H π τ τεμ μ Δ Δ= = (II.20) Trong ®ã: V - thÓ tÝch n−íc trong ®i qua líp b· trong thêi gian τ ; F - bÒ mÆt tiÕt diÖn líp b·; 2 4 . n d ε π= - sè l−îng mao qu¶n tÝnh theo mét ®¬n vÞ diÖn tÝch; ε - ®é xèp líp b·; D - ®−êng kÝnh mao qu¶n; pΔ - trë lùc líp b· (hiÖu sè ¸p suÊt hai phÝa v¸ch läc); 0 40 80 120 160 200 20 40 60 80 100 N ¨n g su Êt lä c, k g/ m .h2 NhiÖt ®é, C o N¨ ng su Êt §é Èm § é Èm b ·, % 15 16 17 18 19 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 26 H - chiÒu dµi mao qu¶n (chiÒu cao cña líp b·); μ - ®é nhít cña n−íc läc. NÕu thay thõa sè 2. / 32dε trong ph−¬ng tr×nh Hagen – Poil¬ b»ng h»ng sè läc k, ta sÏ nhËn ®−îc ph−¬ng tr×nh cña Darcy: . .. . p FV k H τ μ Δ= (II.21) hoÆc . . . V pq k F Hτ μ Δ= = (II.22) ë ®©y q lµ søc t¶i riªng cña bÒ mÆt läc. Ph−¬ng tr×nh ( II.20) cã thÓ ®−îc vËn dông ®Ó tÝnh s¬ bé l−u l−îng n−íc trong ®i qua líp b· cè ®Þnh, v× kh«ng tho¶ m·n ®iÒu kiÖn thùc tÕ. Ph−¬ng tr×nh cña Darcy (II.21), ( II.22) kh«ng dïng ®−îc ®Ó tÝnh to¸n cho líp b· dµy, v× cã chøa h»ng sè läc k chØ x¸c ®Þnh cho nh÷ng líp b· ë ®iÒu kiÖn cô thÓ. C¶ hai ph−¬ng tr×nh ®Òu cã giíi h¹n víi H = const. Song trong qu¸ tr×nh läc chiÒu dµy líp b· thay ®æi vµ phô thuéc vµo thêi gian läc, nªn cÇn t×m mét ph−¬ng tr×nh läc thÝch hîp ®Ó vËn dông tÝnh to¸n cho qu¸ tr×nh läc thùc tÕ. II.4.2 Qu¸ tr×nh läc qua líp b· kh«ng bÞ nÐn Ðp II.4.2.1. Dùa vµo ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu §Þnh luËt Darcy thÓ hiÖn qua ph−¬ng tr×nh: 1 . .dV K pq F d Hτ μ Δ= = (II.23) H»ng sè läc, chiÒu cao vµ trë lùc líp b· chØ phô thuéc vµo b·. H»ng sè läc K kh«ng ®æi chØ khi líp b· kh«ng bÞ nÐn Ðp. Ph−¬ng tr×nh ( II.23) chøa H phô thuéc vµo V hoÆc τ lµ nh÷ng ®¹i l−îng cã trong ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cña h¹t r¾n trong líp b· vµ dung dÞch. NÕu hiÖu suÊt läc ®¹t 100% th× l−îng b· thu ®−îc b»ng l−îng h¹t r¾n cã trong huyÒn phï, tøc: ( ) ( ). . . .1 . . . 1r V H F j H F j ε ρε ρ +− = − ( II.24) Trong ®ã : ε - ®é xèp líp b· (b»ng thÓ tÝch tù do chia tæng thÓ tÝch); . .H Fε - thÓ tÝch chÊt láng chøa trong b·; j - thµnh phÇn h¹t r¾n trong huyÒn phï; rρ - khèi l−îng riªng cña h¹t r¾n; §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 27 ρ - khèi l−îng riªng cña n−íc trong. LÊy ®¹o hµm ph−¬ng tr×nh (II.24) theo quan hÖ V = f(H) ta cã: ( ) ( ). 1 . 1 . . . . . r j j F dHdV j ρ ε ρ ε ρ − − −= (II .24a) KÕt hîp ph−¬ng tr×nh (II.23) cho ta: ( ) ( ) 0 . 1 . 1 . . .. . . . r j j Hd dH j k p ρ ε ρ ε μτ ρ − − −= Δ (II.25) C¸c biÕn trong ph−¬ng tr×nh (II.25) nh− tæn thÊt ¸p suÊt qua líp b· 0pΔ , chiÒu cao líp b· H, thêi gian läc τ , ®é xèp ε vµ h»ng sè läc k phô thuéc vµo huyÒn phï. Víi líp b· kh«ng bÞ nÐn Ðp th× ε vµ k lµ h»ng sè. C¸c th«ng sè ph−¬ng tr×nh (II.25) ®−îc tæng hîp qua hÖ sè CH: ( ) ( ) ( ). 1 . 1 . .2 . .H rC j jk j μ ρ ε ρ ερ= − − −⎡ ⎤⎣ ⎦ (II.26) Thay vµo ph−¬ng tr×nh (II.25), lÊy tÝch ph©n: 0 0 0 .2H HC Hd dH p τ τ = Δ∫ ∫ (II.27) NÕu 0 onstp cΔ = , ta ®−îc 2 0 .HC H p τ = Δ (II.28) KÕt hîp víi ph−¬ng tr×nh (II .24a) vµ (II.23) råi lÊy tÝch ph©n ta cã: 2 2 0 . . VC V F p τ = Δ (II.29) víi: ( ) ( ) . . 2 1 . 1 . .V r jC k j j μ ρ ρ ε ρ ε= − − −⎡ ⎤⎣ ⎦ (II.30) Tr−êng hîp huyÒn phï, n−íc trong vµ b· kh«ng thay ®æi th× CH vµ CV biÕt ®−îc, nªn cã thÓ dùa vµo ®ã dù ®o¸n nh÷ng ®iÒu kiÖn lµm viÖc kh¸c. II.4.2.2. Dùa vµo trë lùc riªng, l−îng b∙ vµ n−íc trong V× vËn tèc läc tû lÖ thuËn víi ®éng lùc vµ tû lÖ nghÞch víi trë lùc, nªn tõ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu: ( )1 . . . . .rF H V rε ρ ρ− = (II.31) víi r - quan hÖ gi÷a l−îng b· vµ l−îng n−íc trong huyÒn phï. KÕt hîp víi ph−¬ng tr×nh (II.31) vµ (II.23) ta cã: §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 28 ( )2 0. . . 1 . . . . rF k pdV d V r ρ ε τ ρ μ − Δ= (II.32) Thõa sè ( ). . 1rk ρ ε− biÓu thÞ kh¶ n¨ng di chuyÓn cña n−íc trong b·, nªn hÖ sè trë lùc b· lµ: ( ) 1 . .rk α ρ ε= − (II.33) Thay α vµo ph−¬ng tr×nh (II.23) vµ lÊy tÝch ph©n víi 0 onstp cΔ = ta ®−îc: 2 2 02 . . . . . F pV r τ ρ μα Δ= (II.34) So s¸nh hai ph−¬ng tr×nh (II.29) vµ (II.30) t×m ®−îc quan hÖ gi÷a h»ng sè läc CV vµ trë lùc riªng cña b·: . . . 2V rC α ρ μ= (II.35) 0pΔ - lµ ®éng lùc qu¸ tr×nh läc hÇu nh− kh«ng ®o ®−îc, mµ chØ ®o ®−îc tæn thÊt chung pΔ cña v¸ch läc (gåm v¸ch ng¨n, b· vµ ®−êng èng).V× vËy ph¶i ®ång nhÊt 0pΔ vµ pΔ b»ng c¸ch coi trë lùc cña v¸ch ng¨n t−¬ng ®−¬ng víi trë lùc líp b· cã chiÒu dµy Ht® øng víi l−îng n−íc trong ®i qua Vt®. Theo pΔ , tõ ph−¬ng tr×nh (II.27) ta cã: ( ) ( ) 0 0 .2 . .H H t tC H H d H Hd p τ τ + += Δ∫ ∫ ® ® (II.36) Khi pΔ = const, Ht® = const, ta cã kÕt qu¶ tÝch ph©n : ( )2 2 .H tC H H H p τ += Δ ® (II.37) T−¬ng tù nÕu Vt® = const th×: ( )2 2 2 . . V tC V V V F p τ += Δ ® (II.38) Ph−¬ng tr×nh (II.37) vµ (II.38) chØ dïng khi líp b· kh«ng bÞ nÐn Ðp, tøc líp b· gåm hÇu hÕt c¸c tinh thÓ r¾n hoÆc c¸c h¹t d¹ng cÇu r¾n. V× vËy, ë nh÷ng lo¹i b· bÞ nÐn Ðp lín th× cÇn ph¶i nghiªn cøu thùc nghiÖm ®Ó t×m quan hÖ phô thuéc gi÷a dßng ch¶y, ®é xèp víi ¸p suÊt, dùa vµo ph−¬ng tr×nh vi ph©n (II.25). §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 29 §Ó ®¬n gi¶n, cã thÓ dïng ph−¬ng ph¸p gÇn ®óng b»ng c¸ch cho h»ng sè läc CV hoÆc hÖ sè trë lùc α lµ hµm cña ¸p suÊt, tøc: ' . aV VC C p= Δ (II.39) '. apα α= Δ (II.40) T−¬ng tù ®èi víi trë lùc v¸ch ng¨n vµ n¨ng suÊt läc: 2 . 2 bV tC V C p= Δ® (II.41) '. . btV pα β= Δ® (II.42) 'α ,β , a, b lµ c¸c hÖ sè cÇn ®−îc x¸c ®Þnh, 'VC vµ C øng víi tõng lo¹i huyÒn phï, còng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm KÕt hîp ph−¬ng tr×nh (II.38), (II.39) vµ (II.40) theo d¹ng vi ph©n ta cã: ' 2 1 2 1 2. . 2 . . V a b C Vd C dV F p F p τ − −= +Δ Δ (II.43) TÝch ph©n khi 0τ = , V = 0, vµ τ τ= , V = V, ta cã kÕt qu¶: ' 2 2 1 2 1 . 2 . . V a b C V CV F p F p τ − −= +Δ Δ (II.44) hoÆc '2 . . . . . 2 . 2 a br V p V p F p ρ μτ α β⎡ ⎤= Δ + Δ⎣ ⎦Δ (II.45) B»ng thùc nghiÖm c¸c th«ng sè trong ph−¬ng tr×nh (II.45) ®−îc x¸c ®Þnh. II.4.3. Ph−¬ng tr×nh läc chung XuÊt ph¸t tõ ph−¬ng tr×nh tÝnh thêi gian läc cña Darcy (II.38): ( )2 2 2 . . VC V V V F p τ += Δ t® (II.38) biÕn ®æi ph−¬ng tr×nh d¹ng: 2 2 .2 . .t V F pV V V C τΔ+ =® (II.38a) HoÆc: 2 2 2 2 . .t V V VV p F F C τΔ+ =® (II.38b) NÕu suÊt ph¸t tõ ph−¬ng tr×nh thÓ tÝch n−íc trong (II.52): 0 2 0 . 1 2 . . . 1F H pV k H ψ τψ ⎛ ⎞Δ= + −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ (II.52) biÕn ®æi còng ®−îc: §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 30 2 2 2 2 2 0 0 0 . 2 . 2 . . . . . V V pk F H F H H ψ ψ ψ τΔ+ = (II.52a) hoÆc: 2 0 2 2 . 2 . . . V HV pk F F τψ ψ Δ+ = (II.52b) MÆt kh¸c ph−¬ng tr×nh vi ph©n Carmann (II.54): . . . .jV F pdV d F α β τμ Δ⎛ ⎞+ =⎜ ⎟⎝ ⎠ (II.54) lÊy tÝch ph©n vµ biÕn ®æi ta còng ®−îc: 2 2 2 . 2 2 . . . V V p F j F j β τα μ Δ+ = (II.54a) §Æt F VV F = , tõ ph−¬ng tr×nh (II.38b), (II.52b), (II.54a) ta ®Òu cã ph−¬ng tr×nh d¹ng chung: 2 2 . .F FV V C K τ+ = (II.75) Trong ®ã: C(m3/m2) - ®Æc tr−ng trë lùc thuû lùc cña v¸ch ng¨n, ®−îc tÝnh: Tõ ph−¬ng tr×nh (II.38b): tVC F = ® . Tõ ph−¬ng tr×nh (II.52b): 0HC ψ= Tõ ph−¬ng tr×nh (II.54a): . C j β α= K[m2/s] - ®Æc tr−ng tÝnh chÊt cña b·, ®−îc tÝnh: Tõ ph−¬ng tr×nh (II.38b): V pK C Δ= Tõ ph−¬ng tr×nh (II.52b): 2 pK k ψ Δ= Tõ ph−¬ng tr×nh (II.54a): 2 . . pK jα μ Δ= Trong thùc tÕ c¸c h»ng sè C vµ K ®Òu x¸c ®Þnh qua thùc nghiÖm, trong ®iÒu kiÖn onstp cΔ = . Trong tr−êng hîp b· −ít, tøc kh«ng t¸ch triÖt ®Ó n−íc khái b· th× b· cßn cã ®é Èm ϕ . Khi ®ã c¸c gi¸ trÞ cña K vµ C ®−îc hiÖu chØnh qua c«ng thøc: ( ). 1 . . j C j β ϕ α −= vµ ( )2 1 . . . p j K j ϕ μα Δ −= (II.76) §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 31 CH¦¥NG III: X¸C §ÞNH C¸C TH¤NG Sè §ÆC TR¦NG CñA M¸Y LäC ÐP BïN B¡NG T¶I III.1 C¥ Së THùC NGHIÖM III.1.1 Thùc nghiÖm víi b· kh«ng chÞu nÐn Ðp Thay pΔ vµ CV vµo ph−¬ng tr×nh (II.32), ta cã ph−¬ng tr×nh: ( ) 2. 2. V t dV F p d C V Vτ Δ= + ® (II .32a) Ph−¬ng tr×nh (II .32a) ®−îc viÕt: 2 2 2. 2.d . dV . . V V t C CV V F p F p τ = +Δ Δ ® (II .32b) ë thÝ nghiÖm läc chØ ®o l−îng n−íc trong øng víi pΔ = const theo thêi gian. (VÝ dô tõ 0τ = ®Õn 1τ ta cã V1. T−¬ng tù tõ 0 ®Õn 2τ cã V2, 0 ®Õn 3τ cã V3 .LËp hiÖu 1 10τ τ− = Δ øng víi 1 10V V− = Δ , 2 20τ τ− = Δ øng 2 20V V− = Δ ). VÏ ®å thÞ quan hÖ ( )f V V τΔ = ΔΔ ta ®−îc c¸c h×nh ch÷ nhËt cã chiÒu cao V τΔ Δ vµ chiÒu ngang VΔ . Nèi c¸c ®iÓm gi÷a cña c¹nh ngang ta cã ®−êng th¼ng ( )f V V τΔ =Δ t−¬ng øng víi ph−¬ng tr×nh (II .32b). §èi víi b· kh«ng bÞ nÐn th× hµm cã d¹ng ®−êng th¼ng cã gãc nghiªng 2 2 VC F pΔ vµ c¾t trôc tung t¹i 2 2 V tC V F pΔ ® . Qua ®ã CV vµ Vt® ®−îc tÝnh (nÕu pΔ vµ F ®· biÕt). BiÕt ®−îc c¸c th«ng sè, ph−¬ng tr×nh (II.38) sÏ gi¶i ®−îc.(H×nh III.1) §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 32 Δ τ n ΔV n ΔV Δτ ,d τ dV ThÓ tÝch n−íc läc Vn0 H×nh III.1. X¸c ®Þnh CV vµ Vt® C¸ch lµm t−¬ng tù cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc CH vµ Ht® tõ ph−¬ng tr×nh (II.10). Qu¸ tr×nh thùc nghiÖm cã thÓ tiÕn hµnh ë ®iÒu kiÖn vËn tèc läc kh«ng ®æi (tøc trong cïng thêi gian vµ cïng thÓ tÝch läc, onstdV c dτ = ) vµ ë pΔ kh¸c nhau. Khi ®ã ph−¬ng tr×nh (II.32b) ®−îc thay b»ng ph−¬ng tr×nh: 2 2 2 . 2 . . . V V t C dV C dVp V V F d F dτ τΔ = + ® (II .32c) Vµ ®å thÞ pΔ = f(V) còng cã d¹ng ®−êng th¼ng víi gãc nghiªng lµ 22 .. VC dV F dτ vµ c¾t trôc tung t¹i 2 2 . . V t C dV V F dτ ⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦ ® . Gi¸ trÞ CV vµ Ct® ®−îc x¸c ®Þnh khi F lµ h»ng sè. V dτ dV 0 Δp Cv Δp 0 ¸p s uÊt kh« ng ®æi §é nÐn kh«ng ®æi B· c hÞ u nÐ n B · kh «n g ch Þu n Ðn H×nh III.2 Quan hÖ /d dVτ cho qu¸ tr×nh H×nh III.3 Quan hÖ phô thuéc läc víi p = const vµ / onstd dV cτ = pΔ cña b· chÞu nÐn vµ kh«ng chÞu nÐn. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa: CNSH & MT TrÇn ThÞ ¸nh NguyÖt MSSV: 505303041 33 III.1.2 Thùc nghiÖm víi b· chÞu nÐn Ðp §èi víi b· chÞu nÐn, h»ng sè läc CV (hoÆc CH) t¨ng cïng víi sù t¨ng cña ¸p suÊt pΔ . Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm tiÕn hµnh ë nhiÒu ¸p suÊt kh¸c nhau (mçi thÝ nghiÖm thùc hiÖn ë mét onstp cΔ = nh− ®· tiÕn hµnh víi b· kh«ng chÞu nÐn). KÕt qu¶ thu ®−îc lµ ®−êng cong cã ®iÓm cùc ®¹i. ¸p suÊt ë ®iÓm cùc trÞ biÓu thÞ gi¸ trÞ tèi −u cña qu¸ tr×nh läc, v× cã vËn tèc läc lín nhÊt. Ph−¬ng tr×nh (II.44) vµ (II.45) cã d¹ng: 2. . / a b V p V CC p p V p F F τΔ = Δ + Δ (II .44a) '. . . . . . . / 2 a bp r V rp p V F F F τ ρ μ α ρ μ βΔ ⎛ ⎞= Δ + Δ⎜ ⎟⎝ ⎠ (II.45a) Ph−ong tr×nh (II.44a) vµ (II.45a) cã d¹ng ®−êng th¼ng, nÕu cã quan hÖ hµm sè / p Vf V F F τΔ ⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠ , cã ®é dèc '