quá trình lắng, lọc, ly tâm doc

• Làm tập trung tủa trước khi lắng• Thực hiện quá trình keo tụ tạo dộ xốp • Keo ở dạng phân tán hấp phụ để tách keo • Tăng nhiệt độ dung dịch đến nhiệt độ sôi - Ngoài ra còn có thể dùng

M c l c ụ ụ

Mục lục 1

1.1.Khái niệm: 2

1.2 Mục đích: 2

1.3 Yêu cầu 3

1.4 Vật liệu và các quá trình biến đổi 3

1.4.1 Khí - rắn ( bụi ) 3

1.4.2 Lỏng - rắn ( huyền phù ) 3

1.4.3 Lỏng - lơ lửng ( nhũ tương ) 3

1.4.4 Lỏng - khí ( bọt ): 4

1.4.5 Các biến đổi vật lý: 4

1.4.6 Các biến đổi hóa học, hóa lý, sinh hóa: 4

1.5 Phương pháp thực hiện 4

1.5.1 Lắng trọng lực 4

1.5.2 Lắng li tâm 5

1.6 Các vấn đề thiết bị 5

1.6.1 Nguyên tắc cấu tạo thiết bị lắng 5

1.6.2 Bể lắng, máng lắng 5

1.6.3 Phòng lắng 6

1.6.4 Cyclon 7

2.Quá trình lọc 8

2.1.Khái niệm 8

2.2.Mục đích 8

2.3 Yêu cầu 9

2.4 Vật liệu và các quá trình biến đổi 9

2.5 Phương pháp thực hiện 10

2.5.1 Lọc áp suất không đổi 10

2.5.2 Lọc tốc độ không đổi 10

2.5.3 Lọc nhiệt độ cao, thấp, thường 10

2.6 Các vấn đề thiết bị 11

2.6.1 Các thiết bị lọc 11

3 Quá trình ly tâm 18

3.1 Khái niệm 18

KẾT LUẬN 24

1 Quá trình lắng

1.1.Khái niệm:

- Quá trình lắng là quá trình phân chia hai pha ( pha phân tán và phaliên tục) trong cùng một hỗn hợp không đồng nhất dựa vào sự khác nhau vềkhối lượng riêng dưới tác dụng của trọng lực

- Quá trình này thường xảy ra sau một khoảng thời gian lưu nước nhấtđịnh trong bể có điều kiện thích hợp cho quá trình lắng đối với hạt nặng hơnnước

- Tốc độ lắng của các hạt sẽ không đổi khi trọng lượng của hạt rắn cânbằng với sức cản của môi trường

- Chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo

Ví dụ: lắng trước khi đem lọc để tách bớt tủa, cặn,

- Thu hồi thành phần, sản phẩm dạng rắn

Ví dụ: thu hồi tinh bột từ dịch bào hoặc thu nhậ các chế phẩm enzym

- Vệ sinh công nghiệp

Ví dụ: làm sạch nước thải, khí trước khi thải ra bên ngoài tránh độc hại

1.3 Yêu cầu

- Có sự chênh lệch về khối lượng riêng, trọng lượng giữa hai pha

- Thiết bị đủ năng suất để đảm bảo tách triệt để hai pha

- Cần có thời gian để các thành phần tách lớp hoàn toàn

- Hỗn hợp phải đẻ yên không được xáo trộn

- Sản phẩm sau lắng nếu là dung dịch phải trong suốt

1.4 Vật liệu và các quá trình biến đổi

Vật liệu không đồng nhất và có tính chất khác nhau

- Tốc độ lắng chậm,cần tách keo sau đó mới lắng

- Tốc độ rắn phụ thuộc mức độ phân tán của hỗn hợp, kích thước hạt,khối lượng riêng hai pha

- Để tăng độ nhớt cần

• Làm tập trung tủa trước khi lắng

• Thực hiện quá trình keo tụ tạo dộ xốp

• Keo ở dạng phân tán hấp phụ để tách keo

• Tăng nhiệt độ dung dịch đến nhiệt độ sôi

- Ngoài ra còn có thể dùng chất trợ lắng

- Chất trợ lắng còn gọi là chất kết tụ, thương là các polime tổng hợp

Cơ chế trợ lắng: Các chất trợ lắng tích điện âm hút các chất kết tủa

trong dung dịch tích điện dương làm độ lắng tăng lên, hiệu suất lắng tăng.1.4.4 Lỏng - khí ( bọt ):

- Khí trong nước

- Không cần dùng chất trợ lọc

- Sau khi lắng khí có trọng lượng riêng nhỏ hơn sẽ tách lớp phía trên

- Tiếp theo dùng phương pháp gạn để tách cặn khí

1.4.5 Các biến đổi vật lý:

- Có sự tách pha giữa hai thành phần

- Trong thời gian dài có thể có sự thay đổi màu sắc của dung dịch

- Thay đổi mùi, vị

- Chất lượng sản phẩm tăng vì loại bỏ được tạp chất không mongmuốn

1.4.6 Các biến đổi hóa học, hóa lý, sinh hóa:

Vì là quá trình cơ học, nhiệt độ bình thường nên không có biến đổinhiều về hóa học, hóa lý, sinh hóa Tuy nhiên khi lắng trong thời gian dài cóthể một số vi sinh vật sẽ phát triển

1.5 Phương pháp thực hiện

1.5.1 Lắng trọng lực

- Trong sản xuất thực phấm, lắng được tiến hành trong các bể lắng xâydựng bằng gạch Đây là phương pháp thủ công, đơn giản, rẻ tiền, thao tác dễdàng nhưng chu kỳ sản xuất kéo dài, năng suất thấp

- Trong công nghệ thực phẩm, thường dùng các thùng lắng bằng kim

loại có đáy hình côn-thùng có một ngăn hoặc nhiều ngăn Dung dịch lấy rabằng ống xi phông hoặc các vòi tháo dung dịch lắng lắng phía trên lớp cặn.Thời gian lắng không để lâu (khoảng 45-60 phút), có cách nhiệt để giữ nhiệt

độ trong quá trình lắng không đổi

- Lắng còn được thực hiện bằng hệ máng lắng, các máng lắng thường

có chiều dài lớn (có thể từ 12-33m), chiều rộng nhỏ (≈0,2-0,3m)

Ngoài ra trong sản xuất lương thực-thực phẩm còn dùng phòng lắng.1.5.2 Lắng li tâm

- Trong sản xuất thực phẩm sử dụng xyclon khô hoặc xyclon nước

- Về phương thức sản xuất, ta có thể thực hiện quá trình lắng giánđoạn, bán liên tục hoặc liên tục trong cả hai phương pháp lắng trọng lực vàlắng li tâm Nói chung về thiết bị thường cấu tạo đơn giản, không cần tiêuhao năng lượng hoặc tiêu hao rất ít nhưng thường chiếm nhiều diện tích vàcần lưu ý đến phương diện vệ sinh trong nhà xưởng

1.6 Các vấn đề thiết bị

1.6.1 Nguyên tắc cấu tạo thiết bị lắng

Một không gian kín của khối lập phương LxBxH Dòng chảy của củahỗn hợp vào thiết bị với tốc độ dòng vd Khi vào không gian kín, với giá trịthích hợp của vận tốc dòng vd thì phần tử hạt chịu tác dụng của trọng lực vàrơi với vận tốc wo Kết quả là các phần tử pha phân tán chuyển động với vậntốc v Cuối cùng, pha phân tán bị giữ lại trong buồng lắng và pha liên tục đi

ra khỏi buồng lắng

1.6.2 Bể lắng, máng lắng

- Trong các nhà máy năng suất nhỏ và mức độ cơ giới thấp thường

dùng bể lắng hay máng lắng Nguyên lý làm việc của bể lắng là dựa vào sựkhác nhau về khối lượng riêng của các cấu tử, cấu tử sẽ lắng xuống, nướcdịch nằm trên và được gạn ra.

- Nhược điểm của bể lắng là thời gian cấu tử tiếp xúc với nước dịchlâu, đồng thời tiếp xúc với không khí cũng lâu nên chất lượng kém đi, ngoài

ra so với máy li tâm thì mức độ cơ giới thấp hơn nhiều

- Máng lắng: So với máy li tâm và bể lắng thì cấu tử lắng bằng mánglắng sẽ sạch hơn và ít bã nhỏ hơn nhưng tách dịch bào không triệt để, thời

gian kéo dài, mức độ cơ giới thấp

- Khí chuyển động trong phòng lắng với vận tốc < 3m/s

- Nó có cấu tạo đơn giản, có thể làm việc ở nhiệt độ cao (5500C hoặchơn)

- Nhược điểm: tách bụi đã lắng khó, đôi khi phải dùng vòi phunkhông khí hoặc nước để xả bụi khỏi sàn.

1.6.4 Cyclon

- Cyclon là thiết bị mà trong đó hình thành lực ly tâm để tách hạt rắn

ra khỏi không khí Không khí mang hạt rắn được đưa vào phần trên củacyclon bằng ống lắp theo phương tiếp tuyến với vỏ ngoài hình trụ củacyclon

- Nhờ thế, dòng không khí sẽ có chuyển động xoắn ốc bên trong vỏhình trụ và hạ dần về phía dưới Khi gặp phần đáy hình phễu dòng không khí

bị đẩy ngược trở lên, trong khi đó nó vẫn giữ chuyển động xoắn ốc và thoát

ra ngoài qua ống thoát khí Trong quá trình chuyển động xoắn ốc, các hạt rắnchịu tác dụng của lực ly tâm làm cho chúng có xu hướng tiến dần về phía vỏhình trụ hoặc đáy hình phễu rồi chạm vào thành thiết bị và rơi xuống dưới

Hình Thiết bị lắng tầng

Hình Nguyên lý làm việc của máy cyclon thông thường

2.Quá trình lọc

2.1.Khái niệm

- Lọc là một quá trình được thực hiện để phân riêng hỗn hợp nhờ váchngăn xốp vách ngăn xốp có khả năng cho một pha đi qua còn giữ pha kia lạinên gọi là vách ngăn lọc.trong đó vách ngăn có nhiều dạng: dạng sợi, dạnghạt, dạng vật liệu xốp

- Năng suất của thiết bị lọc là lượng thể tích pha đi qua vách lọc trongmột đơn vị thời gian m3/s m3/h

- Tốc độ lọc là năng suất lọc tính trên một mét vuông bề mặt lọc kýhiệu C đơn vị m/s

- Động lực của quá trình lọc là hiệu số áp suất trước và sau bề mặt lọc

để tạo ra động lực cho quá trình lọc người ta có thể sử dụng: bơm, máy nén,hút chân không hoặc dùng cột áp thủy tĩnh

2.2.Mục đích

- Quá trình lọc nhằm mục đích làm sạch, nâng cao chất lượng sảnphẩm như lọc đường, lọc nước trái cây, lọc bia, rượu, nước chấm… với mụcđích khai thác như trong sản xuất các loại bột, tinh bột

- Ngoài ra lọc còn là quá trình trung gian để chuẩn bị cho các quá trìnhtiếp theo như lọc sơ bộ dịch quả trước khi lắng, lọc dịch đường trước khi sảnxuất các mặt hàng thực phẩm lọc để tách các cấu tử sau khi đã thực hiện các

quá trình công nghệ khác, ví dụ lọc sau khi tẩy màu bằng than hoạt tính, lọckết tủa sau khi sử dụng các tác nhân hóa học như Ca(OH)2 , H3PO4.

2.3 Yêu cầu

- Vật liệu đưa vào quá trình lọc có thể là khí gồm khí sạch và bụi hoặc

là huyền phù gồm pha lỏng là dung dịch và pha rắn là bã, được đặc trưngbằng tính không tan lẫn và khả năng tách khỏi nhau

- Sản phẩm của quá trình có thể là dung dịch yêu cầu trong hoặc trongsuốt và cặn bã chứa ít dung dịch để tránh tổn thất sản phẩm cũng có theer làchất rắn, yêu cầu khô và được tách hết dung dịch

- Sau khi lọc dung dịch trong suốt hầu như không thây đổi về thànhphần hóa học và các thành phần khác, tuy nhiên có thay đổi trạng thái, màusắc, chất lượng tăng do tách hết tạp chất và loại được một số vi sinh vậtkhong có lợi theo cạn, tuy nhiên có thể có tổn thất một ít các chất có ích theocặn như protein, vitamin, chất màu…

- Sản phẩm là chất rắn, ngoài thay đổi về trạng thái từ lỏng sang rắn,còn tách được các hợp chất hòa tan do đó chất lượng tăng lên

2.4 Vật liệu và các quá trình biến đổi

- Vật liệu đưa vào lọc có thể là thể khí (lọc khí) hoặc huyền phù gồmpha lỏng là dung dịch và pha rắn là bã) Sản phẩm của quá trình lọc là dungdịch yêu cầu trong suốt và cặn bã ít dung dịch để tránh tổn thất

- Sau khi lọc, dung dịch trong suốt hầu như không thay đổi về thànhphần hóa học và các thành phần khác tuy nhiên có thay đổi về trạng thái,màu sắc, chất lượng tăng lên do đã tách hết tạp chất và loại được một số visinh vật không có lợi theo cặn

- Trong quá trình lọc có nhiều yếu tố ảnh hưởng như: áp suất truyềnlọc, tính chất của cặn lọc và tính chất của lớp chất liệu lọc

- Áp suất truyền là động lực của quá trình lọc khi áp suất truyền ∆ptăng lên thì tốc độ lọc tăng, nhưng nếu áp suất truyền tăng quá lớn sẽ tạo nên

sự ép nén chặt, chất lỏng sẽ không chui qua được lớp lọc; hoặc có thể làmrách vải lọc lớp cặn xốp, độ nhớt giảm, quá trình lọc nhanh Khi cặn nhỏ,dẻo độ nhớt cao, khó lọc

- Trong trường hợp khó lọc, người ta phải sử dụng thêm chất trợ lọc đó

là những chất bột không tan có lỗ rỗng, kích thước nhỏ, tạo thành 1 lớp trênvải lọc có thể giữu lại những cặn có kích thước rất bé nên dung dịch tronghơn (chất diatonit trong thành phần có SiO2)

2.5 Phương pháp thực hiện

Quá trình lọc được thực hiện bằng việc tạo ra sự chênh lệch áp suấtgiữa trước và sau bề mặt vách lọc Quá trình này được thực hiện bằng bơmhoặc máy hút chân không Bơm làm tăng áp suất trước bề mặt vách lọc cònmáy hút chân không thực hiện quá trình hạ áp suất sau bề mặt vách lọc

2.5.1 Lọc áp suất không đổi

Trong quá trình lọc, chiều dày lớp bã tăng lên, tốc độ lọc giảm đi Đây

là quá trình lọc không ổn định, gọi là lọc động

Ví dụ: Trong quá trình lọc dầu thực vật ta đưa dung dịch đến nhiệt độđông tụ rồi lọc.

- Máy lọc ép khung bản bao gồm một dãy các khung và bản xếp xen

kẽ nhau và được ép chặt bởi vít ép Các khung và bản đều có ba lỗ: một lỗ để

để dẫn dịch lọc vào, một lỗ dẫn nước rửa và lỗ còn lại để tháo dịch lọc ra.Các lỗ ghép với nhau tạo thành các ống thông từ đầu đến cuối thiết bị Cáckhung và bản có tai bên sườn để treo Các khung và bản này có thể chế tạobằng gang, gỗ hoặc nhựa

- Bản: có bề mặt sườn phẳng và nhẵn ở mép ngoài, lõm và có các gờ, ởmép trên của bản có một lỗ để dẫn nước rửa, ở phần dưới có lỗ nhỏ thôngvới van tháo dịch, bản được lồng vải lọc

- Khung: được đặt giữa hai bản tạo ra một phòng chứa bã, các khungcũng có lỗ ăn khớp với lỗ của bản tạo ra ống dẫn để huyền phù hoặc nướcrửa đi qua ống này tận cùng ở phí cuối Huyền phù đi theo ống vào khônggian các khung

- Dung dịch cần lọc được bơm vào không gian các khung của máy lọcdưới tác dụng của trọng lực và áp lực của bơm Nước trong sẽ thấm qua vảilọc vào các khe của khung rồi theo rãnh dẫn chảy ra ngoài Phần rắn bị giữlại trong không gian của khung cho đến khi khung chứa đầy bã

- Trong trường họp cần rửa bã, ta bơm nước rửa vào ống dẫn nước rửa,các chất hòa tan có trong bã sẽ hòa tan vào nước và đi ra ngoài giống nhưquá trình lọc

- Kết thúc quá trình lọc khung và bản được tách ra, dưới tác dụng củatrọng lực bã trong khung rơi xuống dưới máy lọc, phần còn lại dùng biệnpháp thủ công lấy ra.

Ưu điểm: năng suất cao do bề mặt lọc lớn, dễ kiểm tra, đơn giản vàbền

Nhược điểm: làm thủ công, vải lọc hao mòn nhiều

2.6.1.2 Thiết bị lọc kiểu ống

Ống lọc được làm bằng kim loại, thủy tinh hay thạch anh Ống đượcbịt kín một đầu, một đầu hở Trên thành ống có đục lỗ nhỏ, phía ngoài đượcbao bọc một lớp vải lọc dịch cần lọc dẽ ở bên ngoài ống, dịch lọc sẽ thẩmthấu qua lớp vách lọc, đi vào không gian bên trong của ống lọc, đi lên trên

và ra ngoài Trong quá trình lọc, nếu chỉ có vách lọc thì chưa đủ điều kiện đểlọc sạch các chất huyền phù lơ lửng, có kích thước nhỏ Để tăng cường choquá trình lọc, tăng hiệu quả lọc, người ta thường đắp thêm một lớp bột trợ

lọc bên ngoài lớp vải lọc, làm tăng hiệu quả quá trình lọc.

Thiết bị được cấu tạo từ nhiều ống lọc ghép lại với nhau thành mộtthiết bị Thiết bị có một ống dẫn dịch vào, một ống dẫn dịch trong ra ngoài,phía dưới là ống xả đáy Các ống lọc được lắp với nhau trên một mặt bích córen hoặc bộ phận đệm kín Số lượng ống lọc khoảng từ 1 đến 69 ống

Hoạt động của thiết bị: quá trình lọc trải qua ba giai đoạn.

- Giai đoạn 1: Giai đoạn này cần tạo ra một lớp vách lọc có khả nănglọc nhất định Vì lớp vách lọc trên bề mặt ống không đủ dày để lọc đượcdịch trong nên phải tiến hành đắp thêm một lớp bột trợ lọc lên bề mặt váchlọc, làm cho các vách lọc dày lên và vách lọc sẽ hoạt động tốt hơn Giai đoạnnày người ta bơm tuần hoàn dịch lọc đạt độ trong theo yêu cầu thì dừng quátrình đắp bột trợ lọc và chuyển qua giai đoạn 2

- Giai đoạn 2: Giai đoạn lọc, người ta bơm dịch cần lọc vào khônggian lọc, dịch trong sẽ thẩm thấu qua vách lọc và đi lên trên Quá trình lọc

này được kết thúc khi lớp bã bám trên bề mặt ống lọc quá dày, cản trở quátrình lọc và làm giảm động lực của quá trình lọc Độ dày của lớp bã phụthuộc vào số lượng ống lọc, khoảng 15 đến 20mm.

- Giai đoạn 3: giai đoạn làm sạch vách lọc, giai đoạn này sử dụng bơmđưa nước rửa đi ngược với chiều đi của chiều đi của dịch lọc Khi đó, lớp bãbám trên bề mặt vách lọc sẽ bung ra và đi xuống ống xả đáy, ra ngoài

2.6.1.3 Máy lọc túi

- Bộ phận lọc là các túi vải treo song song với nhau ở bên trong thùnglọc Dung dịch lọc từ bên ngoài túi qua lớp vải lọc vào trong túi rồi theo ốngchảy ra ngoài Túi được căng nhờ các dây xích treo dọc bên trong túi

- Tùy theo loại dung dịch cần lọc mà vật liêuh làm túi khác nhau.Trong mỗi máy có khoảng 20-30 túi

Ưu điểm của máy là thao tác nhẹ, có thể rửa bã bằng nước đi ngượcchiều lọc, áp suất dung dịch đưa vào lọc không cần cao lắm (0.3-0.5atm)

Nhược điểm của máy là lọc chậm, thời gian các thao tác phụ rất lâu(như giặt túi và treo túi vào máy) Máy làm việc gián đoạn

2.6.1.4 Máy lọc chân không thùng quay

- Cấu tạo của máy gồm một thùng rỗng, bề mặt thùng đục những lỗnhỏ, trên bề mặt thùng căng vải lọc, bên trong thùng có chia thành các ngănriêng biệt, mỗi ngăn có đường ống nối với trục ống

- Thùng đặt trong bể chứa huyền phù, trong bể có cánh khuấy giữ chocác hạt rắn không lắng xuống đáy bể Khi hút chân không ở các ngăn, nướclọc chui qua lớp vải lọc, qua các lỗ của thùng rồi vào các ngăn, từ các ngănnước lọc theo đường ống đên trục rỗng rồi ra ngoài, còn bã bị giữ lại trên bềmặt vải lọc rồi do dao cạo đưa ra ngoài