phân riêng bằng phương pháp lắng

CHƯƠNG PHÂN RIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG Chương Phân riêng phương pháp lắng Giới thiệu Trong sản xuất thường gặp hệ không đồng (bụi, huyền phù, nhũ tương, v.v…) đòi hỏi phải xử lí phân riêng Phân riêng hệ không đồng tách hạt rắn hay lỏng lơ lửng khỏi mơi trường khí lỏng, để:  Thu hồi hạt  Tránh tác hại đến thiết bị  Ngăn ngừa tạo thành hợp chất có ảnh hưởng xấu đến q trình  Làm khí hay lỏng trước thải ngồi Hệ khí khơng đồng hệ mà hạt bụi lỏng lơ lửng môi trường khí Chương Phân riêng phương pháp lắng Giới thiệu Trong sản xuất thường gặp hệ khơng đồng (bụi, huyền phù, nhũ tương, v.v…) đòi hỏi phải xử lí phân riêng Tách riêng pha từ hệ khơng đồng tiến hành nhiều phương pháp khác Trong chương đề cập đến phương pháp lắng  Bụi hệ có pha phân tán rắn (hạt bụi), pha liên tục khí  Nhũ tương hệ có pha phân tán lỏng khơng tan lẫn pha liên tục lỏng Các nhũ tương thường có kích thước nhỏ (d  0.4  0.5 m) Hệ nhũ tương thường gặp nhiều trình sản xuất như: chế biến dầu mỏ, tổng hợp hữu cơ, khai thác chế biến dầu thực vật, tinh dầu, dược liệu dược phẩm, mỹ phẩm Chương Phân riêng phương pháp lắng Giới thiệu  Huyền phù hệ có pha phân tán rắn, pha liên tục lỏng  Các huyền phù có kích thước hạt rắn d  100 m gọi huyền phù thô ;  d = 0.5  100 m gọi huyền phù mịn ;  d = 0.5  0.1 m nước đục  Lắng phương pháp phân riêng dựa vào khác khối lượng riêng kích thước hai pha tác dụng trường lực Trong sản xuất người ta thường áp dụng trường lực như: trường trọng lực, trường lực li tâm, trường tĩnh điện Chương Phân riêng phương pháp lắng I LẮNG TRONG TRƯỜNG TRỌNG LỰC Xác định tốc độ lắng  Lắng tự tập hợp hạt đồng nhất, ổn định q trình lắng hạt cặn khơng thay đổi hình dạng, kích thước, khơng va chạm vào nhau, vào thành bình  Để đặc trưng cho lắng hạt cặn trạng thái này, ta nghiên cứu trình rơi hạt cặn hình cầu Trong mơi trường lưu chất tĩnh, thời điểm ban đầu tốc độ rơi hạt không Dưới tác dụng trọng lực P hạt rơi xuống với tốc độ tăng dần, đồng thời lúc bắt đầu xuất lực cản F2 môi trường với bề mặt hạt Chương Phân riêng phương pháp lắng I LẮNG TRONG TRƯỜNG TRỌNG LỰC Xác định tốc độ lắng Xét hạt hình cầu có khối lượng m, đường kính hạt d, chuyển động mơi trường lưu chất Hạt chịu tác dụng FA lực sau: F2 Trọng lực: P = h.Vh.g Lực đẩy Arsimet: FA = .Vh.g Lực cản: F2 = ξ.S.ρω²/2 h,  – Khối lượng riêng hạt lưu chất, kg/m3 Vh – thể tích hạt, m3 F1  - hệ số trở lực, phụ thuộc vào chế độ chảy hình dáng hạt S – tiết diện lớn hạt theo phương vng góc với hướng P chuyển động, m2  – vận tốc hạt, m/s Chương Phân riêng phương pháp lắng I LẮNG TRONG TRƯỜNG TRỌNG LỰC Xác định tốc độ lắng    Tại thời điểm ban đầu, hạt chưa chuyển động trở lực khơng F2 = Lúc F1 = P – FA = Vh(h - )g Với hạt cặn có kích thước khơng đổi, tốc độ rơi hạt biến đổi theo thời gian tính từ thời điểm hạt bắt đầu rơi Khi hạt chuyển động, F2  tăng dần đến F2 = F1 hạt đạt trạng thái cân bằng:  = w0 = const Lúc hạt lắng xuống với tốc độ không đổi w0 gọi vận tốc lắng Giai đoạn từ lúc hạt bắt đầu rơi tới lúc có vận tốc lắng khơng đổi xảy nhanh (0.2  0.5 giây) coi không đáng kể so với tổng thời gian lắng Chương Phân riêng phương pháp lắng I LẮNG TRONG TRƯỜNG TRỌNG LỰC Xác định tốc độ lắng Với hạt hình cầu thì: Vh  Khi F2   F1  d  d F1 = F2  = w0 suy S , d .d 2 3  h   g   gd  h   w0  , m/s  Đây công thức tổng quát để xác định tốc độ lắng hạt Chương Phân riêng phương pháp lắng I LẮNG TRONG TRƯỜNG TRỌNG LỰC Xác định tốc độ lắng     Ở cần phân biệt tốc độ lắng w0 tốc độ cân ωC: Tốc độ lắng tốc độ rơi hạt môi trường lưu chất đứng yên, Còn tốc độ cân tốc độ chuyển động dòng lưu chất để đưa hạt vào trạng thái lơ lửng Tốc độ lắng phụ thuộc vào kích thước đặc tính lưu chất phụ thuộc vào chế độ chảy Chế độ chảy đặc trưng chuẩn số Reynolds: .w0 d w0 d Re      - khối lượng riêng môi trường lưu chất, kg/m3 ,  - độ nhớt động lực học độ nhớt động học lưu chất Chương Phân riêng phương pháp lắng I LẮNG TRONG TRƯỜNG TRỌNG LỰC Xác định tốc độ lắng    Đối với chế độ lắng dòng: Re < 0,2;  = 24/Re , sức cản mơi trường tuân theo định luật Stoke, nên người ta gọi trình lắng theo Stoke Thay  = 24/Re ta cơng thức tính tốc độ lắng: w0 = d²(ρh – ρ)g/18μ , m/s Đối với chế độ lắng độ: 0,2 < Re < 500,  = 18,5/Re0,6 , thay vào ta tính tốc độ lắng Đối với chế độ chảy rối: 500 < Re < 150.000,  = 0,44 = const, tốc độ lắng tính theo cơng thức: w0 = d(ρh – ρ)g/0,33ρ Chương Phân riêng phương pháp lắng III LẮNG TRONG TRƯỜNG LỰC LY TÂM Trường lực ly tâm tốc độ lắng Một vật khối lượng m, quay quanh tâm với tốc độ góc  cách khoảng r sinh lực ly tâm: C = m.2.r Chương Phân riêng phương pháp lắng III LẮNG TRONG TRƯỜNG LỰC LY TÂM Trường lực ly tâm tốc độ lắng ☻Trong kỹ thuật phân riêng, người ta thường sử dụng phương pháp để tạo trường lực ly tâm: ◙ Cho dòng chảy hỗn hợp quay xung quanh đường tâm cố định, theo phương pháp người ta tạo thiết bị gọi cyclone ◙ Cho thùng hình trụ quay xung quanh đường tâm nó, theo phương pháp thiết bị lắng gọi máy ly tâm Chương Phân riêng phương pháp lắng III LẮNG TRONG TRƯỜNG LỰC LY TÂM Trường lực ly tâm tốc độ lắng Quá trình lắng phân riêng định độ lớn tốc độ lắng Để đánh giá độ lớn trường lực ly tâm, người ta so sánh lực ly tâm với lực trọng trường, tỉ số gọi chuẩn số Frude: C m r  r Fr     G mg g G = mg trọng lực  - yếu tố phân ly  = 2n – vận tốc góc, rad/s vt = .r – vận tốc tiếp tuyến, m/s n – số vòng quay, vòng/giây Chương Phân riêng phương pháp lắng III LẮNG TRONG TRƯỜNG LỰC LY TÂM Trường lực ly tâm tốc độ lắng Tốc độ lắng trường lực ly tâm tốc độ lắng trường trọng lực nhân với yếu tố phân ly d  h   g  r 18  g w = w0. = Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng nhờ trường lực ly tâm a Cyclone lắng: Cyclone cấu tạo bao gồm: Ống tâm, Vỏ trụ thực lắng, đáy nón thu cặn, Cửa vào tiết diện hình chữ nhật, Cửa tháo cặn Chương Phân riêng phương pháp lắng III LẮNG TRONG TRƯỜNG LỰC LY TÂM Thiết bị lắng nhờ trường lực ly tâm a Cyclone lắng: Hệ bụi theo ống dẫn vào cửa cyclone theo phương tiếp tuyến với vận tốc từ 20  25 m/s ◙ Dòng hỗn hợp quay tròn rãnh ống tâm vỏ trụ ◙ Dưới tác dụng lực ly tâm, hạt rắn văng thành lắng xuống đáy, ◙ Còn khí theo ống tâm ngồi ◙ Cặn lắng xuống nhờ van gió đưa ◙ Chương Phân riêng phương pháp lắng III LẮNG TRONG TRƯỜNG LỰC LY TÂM Thiết bị lắng nhờ trường lực ly tâm b Máy ly tâm: Máy ly tâm thùng hình trụ quay xung quanh đường tâm với tốc độ góc  ◙ Thùng quay đặt thẳng đứng gọi máy ly tâm đứng, ◙ Còn đặt nằm ngang gọi máy ly tâm ngang Chương Phân riêng phương pháp lắng III LẮNG TRONG TRƯỜNG LỰC LY TÂM Thiết bị lắng nhờ trường lực ly tâm b Máy ly tâm: ◙ Khi roto quay với tốc độ góc  máy ly tâm đứng, bề mặt thống chất lỏng đường parapol với  đủ lớn xem bề mặt thống chất lỏng song song với thành roto ◙ Mỗi phân tố chất lỏng roto chịu tác dụng áp suất thủy tĩnh trọng lực lực ly tâm gây ◙ Tác dụng lực ly tâm lớn so với trọng lực nên áp lực đáng kể lực ly tâm tác dụng lên thành roto, ta bỏ qua lực trọng trường Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng nhờ trường lực ly tâm b Máy ly tâm: Lực tác dụng lên phân tố chất lỏng tính theo biểu thức: dp v   r   dr r Trong đó: v = .r – tốc độ dài phân tố chất lỏng xét, m/s Áp suất khối chất lỏng thay đổi từ mặt thống có bán kính R0 đến bề mặt sát thành roto có bán kính R  2 p   R  R0  Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng nhờ trường lực ly tâm b Máy ly tâm: Như áp suất lớn tác dụng lên thành roto là: 2 Pmax   ( R  R0 ) R0  R    = h/H – hệ số chứa đầy h – chiều cao ban đầu chất lỏng, m H – chiều cao roto, m Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng nhờ trường lực ly tâm b Máy ly tâm: ◙ Ở thời điểm ban đầu,  chưa đủ lớn chất lỏng có dạng hình phễu ◙ Hiện tượng tạo phễu làm giảm phần chứa chất lỏng roto lại làm trào chất lỏng ngồi ◙ Để tránh tượng này, máy ly tâm thường có gờ chống tràn ◙ Tuy nhiên biện pháp chủ yếu định mức chất lỏng cho vừa ◙ Trong thực tế thường nạp liệu với thể tích huyền phù khơng lớn nửa thể tích roto Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng nhờ trường lực ly tâm b Máy ly tâm: ◙ Máy ly tâm đứng: Cấu tạo máy li tâm đứng Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng nhờ trường lực ly tâm b Máy ly tâm: ◙ Máy ly tâm đứng: ♦ Đây loại máy ly tâm đứng dùng để phân riêng chất lỏng có khối lượng riêng khác huyền phù ♦ Việc phân tách hai chất lỏng trường hợp dựa vào nguyên tắc chất lỏng có khối lượng riêng nhỏ di chuyển lên ứng với lực li tâm ♦ Việc phân tách huyền phù tương tự phân tách hai chất lỏng Nhưng có chất lỏng ra, chất rắn chứa khoảng phần cuối hai đĩa, khoảng trống roto đĩa Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng nhờ trường lực ly tâm b Máy ly tâm: ◙ Máy ly tâm ngang: ♦ Cấu tạo: – Máng nhập liệu ; – Phễu hình nón – Roto ; – piston ; – đĩa đẩy ; – vòi rửa phun Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng nhờ trường lực ly tâm b Máy ly tâm: ◙ Máy ly tâm ngang: ♦ Là kiểu máy ly tâm có piston đẩy dùng để phân tách huyền phù ♦ Nhập liệu đưa vào phễu hình nón số ♦ Chất rắn di chuyển khơng liên tục dọc theo bề mặt roto nhờ đĩa thông qua piston ♦ Bề dày lớp chất rắn hình thành khơng vượt q khoảng cách roto mép phễu ♦ Chất lỏng đẩy qua lỗ roto nhờ lực ly tâm ♦ Chất rắn làm nhờ vòi phun số ... Chương Phân riêng phương pháp lắng II THIẾT BỊ LẮNG Thiết bị lắng hệ bụi (khí bụi) Thiết bị lắng hệ bụi nhiều tầng Hỗn hợp bụi Khí h Thu bụi L H Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng. .. Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng huyền phù (hệ lỏng - rắn) a Thiết bị lắng bán liên tục Thiết bị lắng huyền phù loại đứng Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng huyền... Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng huyền phù (hệ lỏng - rắn) b Thiết bị lắng liên tục Thiết bị lắng nhiều tầng làm việc liên tục Chương Phân riêng phương pháp lắng Thiết bị lắng huyền