Bài giảng Quá trình thiết bị công nghệ hóa học: Chương 5 - Nguyễn Minh Tân

Bài giảng Quá trình thiết bị công nghệ hóa học: Chương 5 - Nguyễn Minh Tân được biên soạn với các nội dung chính sau: Phân riêng hệ lỏng không đồng nhất bằng phương pháp (lực ly tâm); Ứng dụng của quá trình ly tâm; Máy lắng ly tâm; Cấu tạo máy ly tâm;... Mời các bạn cũng tham khảo bài giảng tại đây!

PHÂN%RIÊNG% HỆ%LỎNG%KHƠNG%ĐỒNG%NHẤT (Phân%riêng%bằng%cơ%học) Giảng&viên:&Nguyễn&Minh&Tân& Bộ&mơn&QT7TB&CN&Hóa&học&&&Thực&phẩm Trường&Đại&học&Bách&khoa&Hà&nội Máy$ly$tâm Máy$ly$tâm Khái niệm Phân riêng hệ lỏng không đồng phương pháp (lực ly tâm ) Phương pháp ly tâm tiến hành bằng: - Xyclon lỏng Huyền phù đưa vào xyclon với vận tơcs lớn theo phương tiếp tuyến, chuyển động xốy trịn, phân riêng nhờ chênh lệch khối lượng riêng - Máy lắng ly tâm Lắng trường lực ly tâm với thùng liền không đục lỗ dùng phân riêng hệ có chênh lệch khối lượng riêng Lắng ly tâm gồm trình vật lý: lắng hạt rắn nén bã Máy lọc ly tâm Lọc trường lực ly tâm với thùng liền có đục lỗ Lọc ly tâm gồm q trình vật lý: tạo bã, nén bã tách chất lỏng cịn lại bã Ứng dụng q trình ly tâm: - Làm chất lỏng khác - Tách hạt rắn khỏi dung dịch Phân riêng đường kính mật rỉ, tách dung mơi hợp chất lỏng lại bột PVC,… Máy$lắng$ly$tâm Máy$lắng$ly$tâm Yếu tố phân ly Kp Dung dịch thùng quay theo thùng chịu tác dụng lực ly tâm Pz = mb b = r! u !n "= = r 30 m: r: u: ω: b: D'! $ !2 b= % " = n D & 30 # 1800 Pz = 2mu D = m! = mr! D Khối lượng cửa vật thể chuyển động, kg Bán kính chuyển động, m Vận tốc vịng, m/s Vận tốc góc, v/ph Gia tốc, m2/s Yếu tố phân ly: tỉ lệ lực ly tâm trọng lực Pz b " n D rn KP = = = ! G g g 1800 900 n: 4000 – 1500v/ph Kp: 300 – 50000 "2 g !1 "= u !n = r 30 Bề mặt chất lỏng thùng OM G = MK Pz OM = Pz = G r Pz Grn 900 OM = 900 n2 Phương trình đường Parabol: Cụ thể: & 30 # y = 2$ ! x % n " y = Px & 30 y # x= $ ! 2% n " Tại điểm K Pz dL r! tg" = = = G dr g Lấy tích phân ! dL = "2 g r! dL = dr g ! rdr L= !2 2g R2 + C C: số tích phân đặc trưng cho điều kiện điểm xét nằm phía gờ thùng Bề mặt chất lỏng thùng Bán kính phần đáy thùng khơng chứa chất lỏng r0 = _ C 2g !2 Thể tích Parabol xoay thùng Vx = ! L o (L " C )$ g dL # # 2g L Vx = ! LC " Thể tích phần thùng chứa chất lỏng VF = VT ! Vx = R 2"L ! Vx Mức chất lỏng thùng lúc đầu Lx = VF !R Vì VF = R 2!L Cấu$tạo$máy$ly$tâm Phân loại máy ly tâm Phân loại theo phương pháp phân ly: Máy ly tâm thường (Kp < 3500), ly tâm cao tốc Phân loại theo công dụng: Máy ly tâm dùng tách huyền phù có phan phân tán hạt tinh thể tách nước vật liệu rắn ngậm nước Máy ly tâm dùng phân riêng huyền p ù khó lọc lắng huyền phù có nồng độ thấp Máy ly tâm dùng phân riêng nhũ tương Phân loại theo phương pháp tháo bã: Tháo bã tay, vít tải, dao cạo, băng gạt thủy lực Phân loại theo cấu tạo chỗ tựa: Máy ly tâm kiểu đứng, kiểu treo Phân loại theo vị trí trục: Máy ly tâm nằm ngang, thẳng đứng, nằm nghiêng Phân loại theo phương thức làm việc: Máy ly tâm làm việc gián đoạn liên lục Máy$ly$tâm$làm$việc$gián$đoạn Máy ly tâm ba chân Thùng lọc có đường kính đến 1500mm Kp= 430 - 965 Ưu điểm: Làm việc ổn định Nhược điểm: Cạo bã tay ổ trục phạn truyền động dễ bị ăn mòn Máy%ly%tâm%làm%việc%gián%đoạn Máy ly tâm ba chân Vertical centrifuge Ứng dụng • Tách rửa vật liệu tinh thể vơ định hình thành phẩm cuối thao tác • Đã sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp thực phẩm để chế biến vật liệu kết tinh http://www.separatorengineering.com/ws_chemical_centriuges_concent.htm Máy%ly%tâm%làm%việc%gián%đoạn Máy ly tâm ba chân Vertical centrifuge Thiết kế • Nhiều loại kích cỡ có sẵn từ nhà máy thí điểm lên đến 25 TPH • Rổ gắn trục đứng quay với tốc độ lên đến 2.200 vịng / phút để có hiệu ly tâm tối ưu • Chi phí bảo trì thấp vận hành đơn giản • Lồng quay thay http://www.separatorengineering.com/ws_chemical_centriuges_concent.htm Máy$ly$tâm$làm$việc$gián$đoạn Máy ly tâm kiểu treo Ưu điểm: ổ trục phận truyền động khơng bị ăn mịn Tháo bã nhẹ nhàng, nhanh, làm việc chắn Thùng quay dao động tự Nhược điểm:… Máy ly tâm cao tốc loại ống – Tubular5Centrifuge Phân riêng lỏng - lỏng http://www.separatorengineering.com/ws_tubular_centriuges.htm Năng%suất%của%máy%lắng%ly%tâm Năng suất lắng ly tâm tính lượng huyền phù vào máy đơn vị thời gian (l/h) tính lượng bã thu sau trình ly tâm (kg/h) Giả thiết: Thể tích chất lỏng 50% thể tích thùng quay VT = !R L ( ) VF = " R ! r12 L ( ) 0,5"R L = " R ! r12 L VF = VT r1 = 0,71R VF = 0,5VT rtb = R + 0,71R ! 0,85R 0,85 Dn KP = 1800 R: bán kính thùng, m r1: bán kính lớp chất lỏng, m L: chiều cao thùng, m VT : thể tích thùng, m3 VF : thể tích tchất lỏng thùng, m3 rtb : bán kính trung bình, m Q : suất lắng tính theo huyền phù, m3/s Năng%suất%của%máy%lắng%ly%tâm Quãng đường lắng hạt rắn Thời gian lắng hạt rắn R ! r1 "l = Vận tốc trung bình chất lỏng L " R ! r12 L #l = = wtb Q ( R ! r1 0,29 R = wz wz wtb = ) Q ,m/ s " R ! r12 ( ) Năng suất lắng tính theo thời gian lắng Q= R: bán kính thùng, m r1: bán kính lớp chất lỏng, m L: chiều cao thùng, m VT : thể tích thùng, m3 VF : thể tích tchất lỏng thùng, m3 rtb : bán kính trung bình, m Q : suất lắng tính theo huyền phù, m3/s " (R # r )L 0,5VT = !l !l 2 Tổng thời gian làm việc máy lắng ! = ! l + ! m + ! h + ! tb Năng suất lắng máy lắng gián đoạn Q = VF = VT 0,5VT ! ,m/ h Q= 1800VT ! ,m/ s Cyclon Lỏng * Hydrocyclone Nguyên tắc cấu tạo Gồm thân hình trụ đáy hình nón cụt Giữa thân hình trụ có lắp ống tâm để tạo dịng xốy chất lỏng nhiều hay Huyền phù đưa vào theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ có áp suất dư 0,3 đến at Trong thân hình trụ có huyền phù chuyển động quay với vận tốc lớn nên gây lực ly tâm làm hạt rắn văng thành cyclone Ở gần thành, hạt rắn chuyển động theo đường xoáy ốc xuống đáy nón Chất lỏng (nước trong) hạt nhỏ chuyển động xoáy ốc tâm theo ống tâm lên phía ngồi Cyclon Lỏng * Hydrocyclone Nguyên tắc cấu tạo Cyclon Lỏng * Hydrocyclone Nguyên tắc cấu tạo https://www.cccmix.com/urethane3vorspin3hydrocyclone/ Cyclon'Lỏng Dòng'chuyển'động'trong'Cyclon Profil vận tốc theo phương tiếp tuyến chất lỏng: tăng từ tường vào trong, đột ngột giảm mạnh ống tâm Cyclon%Lỏng Dòng%chuyển%động%trong%Cyclon Cột khí tâm hình thành, tạo dịng xốy bền vững, dịng có dạng hình nón Áp suất khơng đủ, ống tâm không tạo độ chân không cần thiết, khơng hình thành cột khí, dịng đáy có dạng tiết lưu Nồng độ rắng lớn tạo dịng chất ỏng dạng giọt Cyclon'Lỏng Ở bên ngồi Cyclon dòng hướng xuống, phần phễu dòng sát thành có độ lớn gần Trong ống tâm, dịng hướng lên Cyclon$Lỏng Cấu$tạo$Cyclon$lỏng Các cyclon có cấu tạo khác ví dụ: với q trình lắng L/D = góc đáy θ ≈ 10 với trình phân loại L/D = 2,5 de/D = 0,14 d0/D = 0,15 góc đáy θ > 20 Cyclon$Lỏng Các$Cyclon$có$cấu$tạo$đặc$biệt Cấu tạo phức tạp Hay dùng phịng thí nghiệm Cyclon$Lỏng Các$Cyclon$có$cấu$tạo$đặc$biệt Cấu tạo phức tạp Hay dùng phịng thí nghiệm Cyclon'Lỏng Các'Cyclon'có'cấu'tạo'đặc'biệt Cyclon cửa vào Tạo xốy đều, tránh nhiễu q trình làm việc Cyclon có buồng trung hịa dịng xốy Giảm tổn thất dòng Tạo dòng chất lỏng qua ống tâm Tánh nhiễu dịng xốy Cyclon'Lỏng Cyclon'tổ'hợp Cyclon có buồng trung hịa dịng xốy Tăng suất Tăng khả phân riêng Cấu tạo có cửa vào , cửa Cyclon#Lỏng Sơ#đồ#ghép#nối#Cyclon Hệ thống Cyclon dùng lắng Hệ thống Cyclon dùng tách bã, tăng độ đậm đặc huyền phù ... sau trình ly tâm (kg/h) Giả thiết: Thể tích chất lỏng 50 % thể tích thùng quay VT = !R L ( ) VF = " R ! r12 L ( ) 0 ,5" R L = " R ! r12 L VF = VT r1 = 0,71R VF = 0,5VT rtb = R + 0,71R ! 0,85R 0, 85. .. Máy ly tâm ba chân Thùng lọc có đường kính đến 150 0mm Kp= 430 - 9 65 Ưu điểm: Làm việc ổn định Nhược điểm: Cạo bã tay ổ trục phạn truyền động dễ bị ăn mòn Máy%ly%tâm%làm%việc%gián%đoạn Máy ly tâm... gồm trình vật lý: lắng hạt rắn nén bã Máy lọc ly tâm Lọc trường lực ly tâm với thùng liền có đục lỗ Lọc ly tâm gồm trình vật lý: tạo bã, nén bã tách chất lỏng lại bã Ứng dụng trình ly tâm: - Làm