kĩ thuật quá trình thiết bị khuấy chất lỏng

- Khi thiết kế các cơ cấu máy làm sao có thể dễ dàng thay thế được các bộ phận trộn cho phù hợp với từng dạng nguyên liệu đưa vào khuấy trộn, để có thể nâng cao được năng suất chất lượng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tiểu luận: Kỹ Thuật Quá Trình Và Thiết Bị

Đề tài: Khuấy Trộn

1 Khuấy trộn

Khuấy trộn là một quá trình cơ học được dùng rất nhiều trong các quá trình sản xuất thực phẩm nhằm tăng cường các quá trình truyền nhiệt hoặc để thu được một hỗn hợp đồng nhất từ nhiều cấu tử trộn lại Ngoài ra khuấy trộn còn được dùng nhiều để làm tan nhanh chất rắn trong lỏng hoặc tăng cường các phản ứng hóa học trong hỗn hợp

• Mục đích:

Khuấy trộn sản phẩm lỏng thường được ứng dụng rộng rải trong các ngành công

nghiệp hóa chất, dầu khí, xây dựng, công nghiệp thực phẩm để tạo ra dung dịch huyền phù, nhũ tương, làm đảo trộn để tăng cường quá trình hòa tan các chất khi khuấy trộn lại với nhau tạo ra sự đồng đều nhất định

• Yêu cầu kĩ thuật:

- Phải tạo được sự hòa trộn các chất lỏng vào nhau theo đúng yêu cầu kĩ thuật đặt

ra, tạo sự đồng đều cao của hỗn hợp chất lỏng

- Khi thiết kế các cơ cấu máy làm sao có thể dễ dàng thay thế được các bộ phận

trộn cho phù hợp với từng dạng nguyên liệu đưa vào khuấy trộn, để có thể nâng cao được năng suất chất lượng trộn và đa dạng hóa sản phẩm trộn

• Các cơ sở để chọn kiểu, loại chất lỏng để chọn cánh khuấy cho chất lỏng đó.

 Tùy vào độ nhớt của từng loại chất lỏng để chọn cánh khuấy cho chất lỏng đó

-Độ nhớt lớn thì dùng bộ phận khuấy răng lược

-Độ nhớt cao tới 80 Ns/m2 dùng bộ phận khuấy kiểu tua bin

-Độ nhớt > 1 Ns/m2 dùng bộ phận khuấy mỏ neo

-Độ nhớt thấp 0.5 – 2.0 thì dùng bộ phận khuấy chân vịt

 Tùy vào đối tượng khuấy và sản phẩm

-Để tạo ra sản phẩm là bột nhào kem, huyền phù nhũ tương thì dùng bộ phận khuấy hành tinh

-Sản phầm trộn chất lỏng cần cung cấp oxy cho phản ứng hóa học hay lên men thì dùng phương pháp khuấy trộn chất lỏng bằng vòi phun

 Tùy vào thùng chứa và thể tích để chọn cánh khuấy.

-Đối với thùng chứa lớn thì dùng khuấy bằng vòi phun, khuy bằng khung, hành tinh

-Đối với thùng chứa nhỏ thì dùng bằng khuấy cánh, khuấy tấm

Các loại cánh khuấy:

 Bộ phận khuấy cánh:

- Cấu tạo: bộ phận khuấy có các dạng: Tấm, khung, dạng răng lược, dạng hành

tinh, được lắp trên trục thẳng đứng hoặc nằm ngang

- Ưu điểm: thường tạo ra dòng chảy tiếp tuyến, tạo ra sự khuấy đều cho hỗn hợp.

- Nhược điểm: sự khuấy trộn chất lỏng chỉ phát sinh theo đường viền của cánh

khuấy do xoáy, còn theo chiều dọc trục và hướng tâm là không đáng kể, lực cản cánh khuấy lớn vì vậy thường năng suất thấp

- Phạm vi ứng dụng: dùng để khuấy các hỗn hợp chất lỏng có độ nhớt thấp và

dung tích bể chứa không lớn lắm

 Bộ phận khuấy tấm:

- Cấu tạo: thường được kết cấu bởi một số cánh dạng tấm phẳng, được lắp trên trục

nằm ngang, thường trên trục có lắp vài dãy cánh hướng tâm hay cánh định hình để vừa tạo ra dòng chảy tiếp tuyến vừa tạo ra dòng chảy hướng tâm

-Ưu điểm: đối với cánh khuấy lắp trên trục thẳng đứng, để nâng cao khả năng

khuấy trộn thì cánh thường đặt nghiêng một góc 30 – 450 , đồng thời mỗi cặp cánh được bố trí lệch đi so với cặp cánh bên cạnh một góc 900 để vừa tạo ra dòng chảy tiếp tuyến vừa tạo ra dòng chảy hướng trục Có khả năng khuấy trộn cao hơn so với

bộ phận cánh khuấy, dung tích thùng chứa lớn

-Nhược điểm: kết cấu phức tạp.

 Bộ phận khuấy răng lược:

- Cấu tạo: là sự phối hợp của cánh thẳng đứng và nằm ngang Theo cấu tạo chúng

có thể là đơn hay kép Ở những máy khuấy hình răng lược kép, cánh thẳng đứng của một lược đi vào trong khe hở giữa những cánh của lược thứ hai

-Ưu điểm: hai lược quay ngược chiều nhau làm tăng hiệu quả khuấy trộn Cánh

khuấy răng lược dùng để trộn sản phẩm thực phẩm lỏng khi cần ngăn ngừa chuyển động vòng tròn của chất lỏng trong thùng chứa

- Nhược điểm: năng suất thấp.

- Phạm vi ứng dụng: chỉ áp dụng đối với những sản phẩm lỏng dễ bị thay đổi tính

Cánh khuấy râng lược kép

4 Lược phía dưới

5 Lược phía trên

6 Trục

 Bộ phận khuấy khung:

-Cấu tạo: là sự phối hợp của cánh thẳng đứng, nằm ngang và nghiêng Cánh khuấy

khung có thể làm bằng thép (a) khung được kết cấu bằng một loạt các thanh thép thẳng đứng và nằm ngang ghép chặt với nhau trên trục thẳng đứng

Hoặc bằng gỗ (b) khung được làm bằng một loạt thanh gỗ liên kết với nhau

-Ưu điểm: có độ bền cơ học lớn, cho phép khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt khá cao

ở trong những thùng chứa lớn Có khả năng làm cho gần như toàn bộ khối chất lỏng trong thùng chứa chuyển động đồng thời

-Nhược điểm: chi phí năng lượng tương đối lớn.

- Phạm vi ứng dụng: dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt khá cao và độ nhớt

lớn

và được truyền chuyển động bằng

bộ phận hành tinh, trong đó cánh khuấy nằm ngang thực hiện hai

chuyển động: vòng quanh trục của bản thân nó và cùng với trục vòng quanh trung tâm của máy khuấy Nhờ có sự chuyển động hành tinh của cánh mà tất cả vật liệu chứa bên trong thùng khuấy được liên tục tiếp xúc với cánh

-Ưu điểm: khả năng khuấy trộn mảnh liệt, dung tích thùng chứa lớn Khấy đều do

vật liêu tiếp xúc nhiều với cánh khuấy

- Nhược điểm: kết cấu phức tạp.

-Phạm vi ứng dụng: dùng chủ yếu trong công nghệ thực phẩm để khuấy trộn bột

nhào, kem, huyền phù, nhũ tương

 Bộ phận khuấy mỏ neo:

-Cấu tạo: là một dạng của bộ phận khuấy cánh có hình dạng phù hợp với hình dạng của

thùng chứa là thùng chứa hình cầu Cánh khuấy mỏ neo có nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm và tính chất của chất lỏng trong thùng chứa Thông thường cánh khuấy mỏ neo được đúc bằng gang Để tránh ăn mòn kim loại trong môi trường hoạt tính, phần lớn chúng được phủ men sứ hay chất phủ bảo vệ khác Đôi khi người ta chế tạo cánh khuấy mỏ neo

bằng gốm hay vật liệu cao phân tử

-Ưu điểm: có thể khuấy nhiều dạng chất lỏng có tính chất đặc điểm khác nhau Có độ bền cơ

học cao

- Nhược điểm: do thường dùng thùng chứa hình cầu nên khó bố trí trong phân xưởng Đòi

hỏi những vật liệu có khả năng chịu được tác dụng cơ học và hóa học vì vậy giá thành cao

- Phạm vi ứng dụng: dùng để khuấy trộn những chất lỏng có độ nhớt cao vượt qua 1 Ns/m2

 Bộ phận khuấy tua bin:

-Cấu tạo: thường được cấu tạo bởi một hay nhiều tua bin quay trên trục thẳng đứng Mỗi tua

bin thường có 4 – 16 cánh Tùy theo tính chất của hỗn hợp lỏng ( chủ yếu là độ nhớt ) và mục đích khuấy trộn mà tua bin ở dạng hở hay kín và cánh tua bin có thể thẳng, nghiêng hay cong

- Nguyên lí: thường tạo ra dòng chảy lưỡng tâm, nghĩa là chuyển đường từ cánh khuấy vào

tâm Để đảm bảo cho chất lỏng chảy hướng tâm cần tạo ra lực li tâm lớn hơn lực chảy vòng của chất lỏng Độ lớn của lực li tâm phụ thuộc vào đường kính cánh khuấy và số vòng quay của nó Loại này thường dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt cao tới 80 Ns/m2

Sơ đồ tạo ra dòng chảy trong thiết bị khuấy tua bin.

Nguyên lí: thường tạo ra dòng

chảy lưỡng tâm, nghĩa là

chuyển đường từ cánh khuấy

vào tâm Để đảm bảo cho chất

lỏng chảy hướng tâm cần tạo ra

lực li tâm lớn hơn lực chảy vòng

của chất lỏng Độ lớn của lực li

tâm phụ thuộc vào đường kính

cánh khuấy và số vòng quay của

nó Loại này thường dùng để

khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt

cao tới 80 Ns/m2

Các dạng cánh máy khuấy tua bin:

+ Loại máy khuấy tua bin thẳng: sẽ tạo dòng chảy tiếp tuyến và hướng tâm trong đó chất

lỏng được hút vào tâm và đẩy ra theo chu vi của cánh, loại này vừa có tác dụng trộn vừa làm đồng nhất chất lỏng

+ Loại máy khuấy tua bin cánh nghiêng: sẽ tạo nên dòng chảy hướng tâm và hướng trục sẽ làm tăng khả năng khuấy trộn và hòa tan vật rắn trong chất lỏng

+ Loại máy khuấy tua bin cánh cong: sẽ tạo ra dòng chảy tiếp tuyến và hướng tâm khi khuấy trộn, mặt lõm của cánh hướng về phía chiều quay, nhờ đó đã giảm được hiện tượng trượt tương đối của chất lỏng với cánh, đồng thời tạo điều kiện cho cánh quét chất lỏng được tốt hơn Loại tua bin cánh cong kín dùng để quét chất lỏng có độ nhớt cao

a Tua bin cánh thẳng

b Tua bin cánh nghiêng

c Tua bin cánh cong hở

d Tua bin cánh cong kín

-Ưu điểm: bộ phận khuấy tua bin tạo ra lực ly tâm lớn nên làm tăng khả năng va đập giữa

nguyên liệu và máy khuấy nên các thành phần của hỗn hợp dễ di chuyển vào nhau hơn Trộn được chất lỏng có độ nhớt lớn

- Nhược điểm: đòi hỏi động cơ có công suất lớn.

- Phạm vi ứng dụng: dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt cao.

 Cánh máy khuấy chân vịt:

-Tạo ra dòng chảy hướng trục bao gồm cả chuyển động đi vào và đi ra khỏi cánh khuấy đều song song với trục quay

- Bộ phận khuấy chân vịt dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt thấp (0,5 – 2,0 Ns/m2 )

- Tùy theo độ cao của tầng chất lỏng trong thùng chứa mà có thể có một hay nhiều tầng chân vịt Mỗi chân vịt có thể có 2 hoặc 3 cánh, mỗi cánh quạt là một phần mặt xoắn vát nghiêng với bề mặt nằm ngang một góc α có trị số thay đổi từ 0 – 900 theo hướng từ trục quay đến mép cánh

- Dạng cánh như thế đảm bảo tạo ra dòng chảy hướng trục rất lớn và rút ngắn được thời

gian khuấy trộn Trường hợp nối 2 tầng chân vịt người ta bố trí sao cho sự hút và đẩy của hai chân vịt thực hiện theo một hướng tạo nên khả năng khấy trộn mãnh liệt hoặc hai chân vịt hút đẩy theo hai hướng ngược nhau để khuấy trộn nhanh chất lỏng với các cấu tử phụ

Sơ đồ tạo ra dòng chảy trong thiết bị khuấy chân vịt. Bộ phận khuấy chân vịt

-Ưu điểm: có thể tạo ra dòng chảy hướng trục lớn nên có thể rút ngắn thời gian

khuấy trộn

- Nhược điểm: đòi hỏi cánh khuấy có độ bền cơ học cao.

- Phạm vi ứng dụng: khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt thấp (0,5 – 2,0 ns/m2)

2 Khuấy trộn chất lỏng dùng vòi phun, tuần hoàn và khí nén.

- Ngoài các bộ phận khuấy trộn kiểu cơ khí, người ta có thể dùng các phương pháp khuấy trộn khác như dùng vòi phun, ống dẫn tuần hoàn hoặc không khí nén,

- Khi dùng vòi phun thì chất lỏng được khuấy trộn nhờ các dòng tia chất lỏng từ vòi phun

ra Hiệu quả khuấy trộn ở trong những máy khuấy vòi phun được nâng cao khi đặt thêm những tấm đệm xoắn ốc nhằm làm tăng tính chảy rối

Sơ đồ khuấy trộn bằng vòi phun có đệm xoắn ốc.

1 Miệng phun

2 ống dẫn

3 đệm xoắn ốc

- Khuấy trộn chất lỏng tuần hoàn được thực hiện bằng cách cho chất lỏng tuần hoàn nhiều lần trong thùng khuấy nhờ sự kết hợp giữa bơm và vòi phun.

Sơ đồ khuấy trộn tuần hoàn nhờ bơm.

- Khuấy trộn bằng không khí nén là phương pháp có hiệu quả để trộn chất lỏng ở trong

những thùng chứa lớn khi cần có sự thông khí nhằm cung cấp oxy cho các phản ứng hóa học hay quá trình lên men, Thiết bị dùng để khuấy trộn là những ống có lỗ (để làm sùi bọt)

phân bố theo trục của thùng chứa hoặc dùng lưới đặt ở vị trí thẳng đứng hay nằm ngang sao cho đoạn đường chuyển động của bọt không khí trong khối chất lỏng là dài nhất

Sơ đồ khuấy trộn tuần hoàn nhờ

- Để tăng nhanh khả năng khuấy trộn người ta sử dụng phối hợp khuấy trộn bằng khí nén và

cơ học Là khuấy trộn bằng máy khuấy không khí có cánh, trong đó chất lỏng được khuấy trộn bằng cánh quay kết hợp với sự chuyển động của không khí

Sơ đồ máy khuấy bằng không

khí có cánh nằm ngang.

1 Cánh nằm ngang

2 Trục rỗng thẳng đứng

-Ưu điểm: khả năng khuấy trộn được nâng cao nhờ chất lỏng được phun tơi trước khi hòa

trộn vào nhau

- Nhược điểm: áp suất vòi phun lớn, khuấy trộn bằng không khí nén chỉ khuấy được những

chất lỏng có độ nhớt động lực học thấp

- Phạm vi ứng dụng: dùng để khuấy trộn những chất lỏng có độ nhớt vừa (dùng vòi phun) –

độ nhớt thấp (dùng không khí nén) Trộn những hỗn hợp chất lỏng cần cung cấp oxy cho các phản ứng hóa học và quá trình lên men

• Cấu tạo :

Máy trộn gồm một thùng trộn, bên trong có trục quay gắn các cánh trộn dạng mái

chèo Cánh trộn vuông góc chiều quay nếu trộn gián đoạn, cánh nghiêng nếu trộn

liên tục Trên thùng trộn có các cánh trộn tĩnh Cửa nạp liệu phía trên, cửa tháo sản phẩm ở phía dưới

• Nguyên lý làm việc:

Cho nguyên liệu theo công thức đầu của thùng trộn với dung tích 1/3 dung tích thùng trộn Dưới tác dụng của cánh trộn, hỗn hợp vừa được trộn đều, vừa dịch chuyển tới cuối thùng và thoát ra ngoài Thời gian nguyên liệu đi từ đầu tới cuối thùng trộn là

thời gian trộn Máy trộn làm việc liên tục hoặc gián đoạn

Thiết bị trộn kiểu vít xoắn

Sơ đồ cấu tạo máy trộn vít1.Cánh đảo

2.Ống dẫn liệu3.Bồn chứa4.Vít tải

5.Ống dẫn liệu dưới6.Van xã

Thiết bị trộn kiểu thùng quay

Sơ đồ cấu tạo máy trộn thùng quay

1.Vít nạp liệu2.Phễu liệu3.Vít tháo liệu4.Tay gạt

5.Cửa nạp liệu6.Thùng trộn7.Cánh gạt8.Máng tháo liệu9.Cửa tháo liệu