Tiểu luận tìm hiểu máy lọc ly tâm

1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN KĨ THUẬT THỰC PHẨM 1 ĐỀ TÀI: MÁY LỌC LY TÂM GV HƯỚNG DẪN: ĐÀO THANH KHÊ THỰC HIỆN: 1.ĐỖ THỊ BÉ EM 2005100021 2. NGUYỄN THỊ KIM NGÂN 2005100380 3. TRẦN THỊ TOÀN 2005100294 4. HUỲNH PHÚ CƯỜNG 2005100048 5. TRẦN QUỐC KHÁNH 2005100243 Tp HCM, 05/2012 ĐH Công Nghệ Thực Phẩm TP.HCM 1 2 BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC: Họ và tên Phần thực hiện ĐỖ THỊ BÉ EM Tổng hợp, Tài liệu (IIIa,IV,Va) NGUYỄN THỊ KIM NGÂN Tài liệu (II,IIIb,Vb) TRẦN THỊ TOÀN Tài liệu (II.2,II.1c,IIIc) HUỲNH PHÚ CƯỜNG Tổng hợp, Tài liệu (IIIe,II) TRẦN QUỐC KHÁNH Tài liệu (I,II.1a,IIId) Mục lục MÁY LỌC LY TÂM I.Cơ sở khoa học 3 II.Giới thiệu chung và phân loại 5 1.Phương pháp lọc ly tâm 6 a.Công dụng 6 b. Ưu điểm 6 c. Nguyên lý hoạt động 7 2.Phân loại 8 III.Cấu tạo Máy lọc ly tâm 9 IV.Đặc tính kĩ thuật 17 V.Một số máy lọc 18 a.Các máy ly tâm làm việc gián đoạn 18 a.1. Máy ly tâm ba chân 18 a.2. Máy ly tâm kiểu treo 18 a.3. Máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng dao 18 b.Các máy ly tâm làm việc liên tục 22 b.1.Máy ly tâm nằm ngang làm việc liên tục, tháo bã bằng pittông 22 b.2. Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm 22 2 3 3 4 I. CƠ SỞ KHOA HỌC. Ly tâm là quá trình sử dụng lực ly tâm để phân riêng các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau. Động lực của quá trình là lực ly tâm và yếu tố khác biệt để phân riêng là khối lượng riêng. Sự khác biệt khối lượng riêng càng lớn thì quá trình phân riêng được thực hiện càng dễ dàng. Dựa vào đối tượng phân riêng, quá trình ly tâm có thể được phân loại như sau : Ly tâm để phân riêng hai chất lỏng không tan vào nhau : hệ nhũ tương nước trong dầu (w/o) hoặc hệ nhũ tương dầu trong nước (o/w) Ly tâm để phân riêng hệ huyền phù : quá trình thường được sử dụng để làm “ trong ” các huyền phù - còn gọi là ly tâm lắng Ly tâm lọc Ly tâm để tách các cấu tử lơ lửng trong pha khí : quá trình thường được sử dụng để tách bụi từ không khí. Các máy dùng để phân chia các hệ không đồng nhất trong trường ly tâm gọi là máy ly tâm. Có thể phân loại máy ly tâm theo dấu hiệu khác nhau: − Theo quá trình phân ly: máy ly tâm lắng; máy ly tâm lọc − Theo phương thức làm việc: máy ly tâm làm việc gián đoạn, máy ly tâm làm việc liên tục và máy ly tâm tự động − Theo kết cấu của bộ phận tháo bã: máy ly tâm tháo bã bằng dao; máy ly tâm tháo bã bằngvít xoắn; máy ly tâm tháo bã bằng pittông − Theo giá trị yếu tố phân ly phân ra máy ly tâm thường và máy ly tâm siêu tốc 4 5 − Theo kết cấu trục và ổ đỡ phân ra: máy ly tâm ba chân và máy ly tâm treo. Khi lựa chọn máy ly tâm cần phải dựa vào các đặc tính công nghệ của chúng và các tính chất lý học của vật liệu đem gia công ( độ phân tán của pha rắn, độ nhớt của pha lỏng và nồng độ của nó ). Nồng độ huyền phù bằng tỷ số của lượng pha rắn và tổng lượng huyền phù. Nồng độ huyền phù có thể thể hiện bằng phần trăm theo khối lượng hay phần trăm theo thể tích. Hiệu nồng độ giữa pha rắn và pha lỏng càng lớn thì năng suất của máy ly tâm lắng càng cao. Lực ly tâm l P ( N ) là động lực của quá trình ly tâm : 2 2 2 . . . . . 2 900 l m v G R G R P g ω Ω = = = Trong đó : - m : khối lượng của máy và chất lỏng , kg - v : vận tốc biên , m/s - R : bán kính trong của thùng quay , m - G : trọng lượng của vật thể quay , N ω : tốc độ góc của thùng quay , độ/s . 30 π ω Ω = - g : gia tốc rơi tự do , 2 /m s Yếu tố phân chia là một trong những chuẩn cơ bản để chọn máy ly tâm. Yếu tố phân chia xác định gia tốc của trường ly tâm được phát triển trong máy, có bao nhiêu lần lớn hơn gia tốc trọng lực. Yếu tố phân chia được xác định theo công thức : 2 2 . . 900 p R R f g ω Ω = ≅ Yếu tố phân chia càng cao thì khả năng phân chia của máy càng lớn. Yếu tố phân chia sẽ tăng đáng kể khi tăng số vòng quay của roto. Ký hiệu năng suất của máy là chỉ số cơ bản của máy hoạt động : Trong đó : l F là diện tích bề mặt lắng của xilanh , 2 m 5 6 II. GIỚI THIỆU CHUNG VÀ PHÂN LOẠI VỀ PHƯƠNG PHÁP LỌC LY TÂM Các thiết bị ly tâm huyền phù Các máy ly tâm được ứng dụng rộng rãi để tách các tiểu phần ổn định trong dung dịch các chất hoạt hoá sinh học, các dung dịch rượu khỏi chế phẩm hoạt hoá làm lắng metanol, axetol và các dung môi hữu cơ khác, tách sinh khối khỏi dung dịch canh trường, cũng như việc phân chia các hỗn hợp chất lỏng hay huyền phù. Các hệ phân tán thô thường được phân chia dưới tác động của trọng lực. Tuy nhiên khi tỷ trọng của các cấu tử có độ chênh lệch nhỏ và độ nhớt của chất lỏng không đồng nhất cao thì sự lắng xảy ra rất chậm. Do ứng suất của trường lực ly tâm quán tính lớn hơn nhiều lần ứng suất của trường trọng lực, cho nên việc phân chia dưới tác động của trường lực ly tâm xảy ra rất nhanh và hoàn toàn. Trong các thiết bị công nghiệp việc phân chia bằng phương pháp ly tâm được ứng dụng để tách các tiểu phần có kích thước từ 25mm đến 0,5μm. Phương pháp ly tâm dựa trên cơ sở của trường ly tâm tới hệ không đồng nhất gồm hai hoặc nhiều pha. Ly tâm các hệ chất lỏng không đồng nhất được thực hiện bằng hai phương pháp : lọc ly tâm qua tường đột lỗ của roto, vách lọc được đặt ở phần trong roto ( máy ly tâm lọc ) và qua roto lắng có đoạn ống liền ( máy ly tâm lắng ). Các máy ly tâm thuộc hai dạng này được bịt kín, có thiết bị điện an toàn và thải cặn ở phía trên bằng phương pháp thủ công. Dẫn động máy ly tâm được thực hiện từ động cơ qua truyền động bằng dây đai hình thang. Trong các máy loại này có khoá liên động cho động cơ và nắp vỏ khi giảm áp suất khí trơ trong các khoang vỏ dưới 1470 Pa. Các chi tiết của máy tiếp xúc với sản phẩm được chế tạo bằng thép 12X18H10T. Đồng thời các máy ly tâm tổng hợp kết hợp cả hai nguyên tắc phân chia lọc - lắng cũng được sử dụng. Khái quát về máy lọc ly tâm Máy ly tâm lọc dùng để phân riêng huyền phù có kích thước pha rắn tương đối lớn. Trên thành rôto của máy ly tâm học khoan nhiều lỗ hoặc làm bằng lưới. Ðường kính lỗ trên thành rôto thường trong giới hạn 3-8 mm. Bên trong thành rôto có lưới có kích thước nhỏ để lọc được hạt các huyền phù. Nếu đường kính các hạt rắn 1-2 mm, thì vách ngăn làm bằng thép tấm mỏng và được khoan các lỗ nhỏ có đường kính khoảng 1- 1,5 mm. Nếu các hạt rắn nhỏ hơn nữa thì phải dùng lưới kim loại có lỗ hình vuông với kích thước lỗ lưới 0,1-0,5 mm. Nếu kích thước hạt rắn nhỏ hơn dùng lớp vải bằng sợi bông, sợi gai hoặc len v.v 6 7 Hình 3. Quá trình lọc ly tâm bằng lưới lọc (vách ngăn lọc) l. Phương pháp lọc ly tâm a. Công dụng của phương pháp lọc ly tâm Hiện nay giá thành của nhiều liệu nhẹ (D.O) cao hơn rất nhiều so với giá thành của nhiên liệu nặng có chât lượng xấu, độ nhớt cao và có nhiều tạp chất. Do đó nếu sử dụng loại nhiên liệu tốt (D.O) thì sẽ làm tăng chi phí khai thác của con tàu so với việc dùng loại nhiên liệu nặng (F.O) rẻ tiền. Nếu chúng ta lắp đặt thêm một hệ thống xử lý nhiên liệu để loại bỏ bớt các tạp chât có trong chúng (ví dụ như hâm sấy, làm sạch bằng lọc ly tâm) thì việc sử dụng nhiên liệu nặng sẽ giảm chi phí và làm tăng tính kinh tế cho con tàu. Hệ thống lọc dầu ly tâm dưới tàu thuỷ là một hệ thống kín nên việc nâng nhiệt độ lọc lên cao vẫn không ảnh hưỡng đến hệ thống mà vẫn đảm bảo an toàn, đồng thời loại bõ được các tạp chất chứa trong dầu mà khi ở trong nhiệt độ thấp không thể loại bỏ được. Việc vận hành khai thác hệ thống lọc an toàn và có sản lượng lớn, thời gian lọc nhanh . Dầu nhờn sau khi được lọc ly tâm để làm sạch và tách nước được tuần hoàn trở lại động cơ, điều này mang lại hiệu quả kinh tế cao, kéo dài thời gian sử dụng của dầu, giảm chỉ phí cho khai thác hệ động lực. b. Ưu điểm của phương pháp lọc ly tâm Ưu điểm nổi bật của phương pháp lọc bẳng phân ly ly tâm là có thể lọc được thể lỏng nhũ tương huyền phù. Vì nhiệt độ phân ly cao, độ nhớt của dầu giảm, nên nó giảm được sức cản gây ra bởi độ nhớt cho nên có thể tách được các tạp bẩn có độ chênh trọng lượng riêng rất nhỏ ra khỏi dầu mà các phương pháp xử lý khác như lắng gạn tự nhiên không làm được. Phương pháp lọc bằng phin lọc và kết lắng có thể đảm bảo được yêu cầu về chất 7 8 lượng, nhưng thời gian rất chậm và độ lọc không nâng cao được, vì là hệ thông hở nên nó bị khống chế bởi nhiệt độ bén lửa. Ngoài ra khi lọc bằng phương pháp phân ly ly tâm thì nó không chịu ảnh hưỡng của điều kiện bên ngoải (như tàu nghiêng lắc). Tuy nhiên phương pháp lọc bằng phân ly ly tâm còn một số hạn chế như hiệu quả lọc và khả năng sử dụng máy lọc phụ thuộc rất nhiều vào trình độ vận hành của người khai thác, đòi hỏi người vận hành phải có một chuyên môn và kinh nghiệm nhất định, nếu không nó sẽ gây ra hậu quả không tốt trong quá trình khai thác như khi sử dụng vành điều chỉnh không đúng sẽ dẫn đến các trường hợp xấu như mất dầu hoặc lẫn nước vào đường dầu sạch, lúc đó không đảm bảo được yêu cầu mà còn làm tăng tác hại cho dầu ảnh hưởng lớn đến hệ động lực. c. Nguyên lý hoạt động máy lọc ly tâm: Bất kỳ loại máy lọc ly tâm nào khác đều là nguyên lý lắng trọng lực. Bằng phương pháp lắng trọng lực thông thường (dưới tác dụng của sức hút quả đất) thì quá trình tách pha diễn ra rất lâu và nếu hai pha có trọng lượng riêng gần bằng nhau thì phương pháp này không hiệu quả. Để tăng tốc quá trình tách pha (Dầu riêng, nước riêng, tạp chất cơ học riêng ) người ta bắt các pha phải chịu một lực ly tâm, pha nào có tỉ trọng càng lớn thì càng bị lực ly tâm đẩy ra xa trục quay hoặc gần với vách các nón lọc hơn. Nhiên liệu có tỷ trọng nhỏ nhất và chiếm tỷ lệ nhiều nhất nên ở sát trục quay nhiều hơn. Để tách các chất lỏng ra người ta bố trí các lối ra tại các đường kích trung bình của các pha - Trường lực ly tâm được tạo ra bằng cách cho thùng hình trụ xung quanh đường tâm của mình, tương tự trường lực ly tâm của quá trình lắng - Khi roto quay về mặt thoáng chất lỏng trong roto với bán kính R o . Trên thành roto lập tức hình thành lớp bã và vách ngăn bay khỏi thành roto theo các lỗ đục sẵn. - Lực ly tâm cực đại đạt được tại thành roto bán kính R. C = G h ω 2 R - Diện tích bề mặt lọc của roto S = πdh = 2πRH - Do đó áp suất lọc ly tâm ∆P L = s c = RH RG h π ω 2 2 = H G h π ω 2 2 G h : Khối lượng huyền phù trong roto (kg) G h = ρ h V h = ρhπ( R 2 - R 2 0 ) ρ h : Khối lượng riêng huyền phù (kg/m 3 ) V h : Thể tích huyền phù (m 3 ) 8 9 Còn ω 2 = ( 2πn) , với n: Số vòng quay của roto trong 1 giây , n, 1/s và xem rằng π 2 ≈ 10, cho nên nhận được ∆P L = 20 ρh(R2 - R 2 0 )n2 = S RnV hh 22 πρ Dễ dàng thấy rằng: ∆P L = S C = S RV hh 2 ωρ . g g = S gV hh ρ . g r 2 ω Tức là ∆P L = ∆P.ф ∆P: Áp suất thủy tĩnh của chất lỏng trong roto Như vậy áp suất ly tâm bằng áp suất thủy tĩnh nhân cho yếu tố phân ly ф Ф = g R 2 ω 2. Phân loại máy lọc ly tâm. Máy lọc dầu ly tâm hiện nay có rất nhiều loại, ta có thể phân theo các dạng sau: a. Theo hình dạng trống lọc Máy lọc dầu ly tâm hình trụ Máy lọc dầu ly tâm hình nón b. Theo đặc điểm lọc của máy lọc Máy lọc dầu ly tâm hai pha. Máy lọc dầu ly tâm ba pha. c. Theo nguyên lý xả cặn Máy lọc tự xả cặn Máy lọc không có tự xả cặn Máy lọc xả cặn liên tục. Hiện nay trong thực tế chỉ sử dụng loại máy lọc ly tâm hình nón có xả cặn vì nó có rất nhiều ưu diểm so với loại khác. Kết cấu các loại máy lọc chỉ khác nhau về đặc điểm của trống lọc. Dưới đây giới thiệu một số loại trống lọc. 9 10 10 III. CẤU TẠO CỦA MÁY LỌC LY TÂM Cấu trúc máy lọc dầu ly tâm có sơ đồ như hình 8.8. Các phần chính của máy lọc dầu ly tâm bao gồm: Nắp máy lọc, động cơ điện lai, ly hợp ma sát, bánh răng trục ngang, bơm dầu, thân máy lọc, trục đứng, trống lọc. Động cơ điện lại quay truyền chuyển động cho trục ngang qua ly hợp ma sát làm trục ngang quay. Trục đứng ăn khớp với trục ngang qua cặp bánh vít trục vít nên khi trục ngang quay thì trục đứng cũng quay theo với tốc độ lớn hơn bốn lần tốc độ trục ngang. Khi trục đứng qụay thì trống lọc đặt trên đầu trục đứng cũng quay theo với tốc độ quay bằng tốc độ quay của trục đứng. Trên máy lọc còn lắp đặt thêm một số thiết bị khác như: đường dầu chưa lọc vào, đường dầu sạch ra, đường nước ra. Cửa hút bơm được nối với két dầu cần lọc, còn cửa đẩy của bơm được nối với két dầu sạch. Thân trống 10 và nắp trống 5 được cùng với nhau bằng vành hãm 18. Trong trống lắp một trục phân phối số 8 và bộ đĩa số 7 tại đó dầu chảy qua và thực hiện quá trình phân ly trong đó. Trên chồng đĩa có lắp một đĩa trên cùng số 6. Đĩa trên cùng và vành chặn tạo ra khoang riêng biệt trong đó lắp cánh bơm 3 đễ bơm dầu sạch. Nước được tách ra chảyvào khoang cách biệt bên trên của trống qua vành điều chỉnh 2, vành điều chỉnh được lắp vào nắp trống bằng một vành hãm nhỏ 19 và cũng hình thành phần trên của khoang phân cách bên trên. Ðối với loại máy lọc được lắp cánh bơm 1, chất lỏng nặng (nước) rời khỏi trống qua vànhđiều chỉnh 2. Hình 8.8 Cấu tạo chung của máy lọc [...]... loại máy ly tâm treo tháo bã tự động Loại máy này chỉ khác máy ly tâm treo bình thường là phần dưới có dạng hình nón với góc nghiêng lớn hơn góc rơi tự nhiên của bã Khi rôto dừng lại thì bã tự trượt xuống theo thành nón và ra khỏi rôto a.3 Máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng dao Các loại máy ly tâm trên đây, lúc tháo bã đều phải hãm máy, do đó mất thời gian và tiêu hao năng lượng vô ích Loại máy ly tâm. .. của pittông 22 23 b) Các máy ly tâm làm việc liên tục Trong các máy ly tâm làm việc liên tục, huyền phù (hay nhũ tương) liên tục được cho vào, còn nước trong và bã liên tục được lấy ra Loại này gồm có các loại máy ly tâm khác nhau b.1 Máy ly tâm nằm ngang làm việc liên tục, tháo bã bằng pittông Ưu điểm chủ yếu của loại máy này là làm việc liên tục nên năng suất cao So với máy ly tâm tháo bằng dao thì... MỘT SỐ MÁY LỌC a) Các máy ly tâm làm việc gián đoạn a.1 Máy ly tâm ba chân Ðây là loại máy làm việc gián đoạn, có thể tháo bã bằng tay, bằng dao hoặc bằng khí động Chức năng: thường dùng để ly tâm huyền phù chứa các hạt rắn nhỏ, trung bình hoặc làm khô bã lọc Nguyên lý hoạt động: Máy gồm có rôto được bao bọc bởi vỏ Thân máy gắn với vỏ được đặt trên 3 lò xo cánh nhau 120 0 Ðộng cơ lắp trân thân máy nối... phân phối đều huyền phù, đồng thời chuyển động tịnh tiến qua lại 12-16 lần/giờ để đẩy bã ra khỏi roto Hình 6 Sơ đồ nguyên lý máy ly tâm lọc làm việc liên tục có piston đẩy pha rắn 23 24 b.2 Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm Cấu tạo: Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm gồm có roto lọc hình côn, lắp công-xôn trên trục thẳng đứng, trục quay trên các ổ đỡ Ổ đỡ được đặt trên các bộ giảm chấn bằng cao su Nguyên... trục máy làm quay rôto Ưu điểm của máy là có thể làm việc với tải trọng lệch tâm tương đối lớn nhờ có các lò xo giảm chấn Ðiểm treo của kết cấu nằm trên trọng tâm phần treo nên khi làm việc máy rất ổn định Trục máy ngắn nên máy gọn, chắc chắn, tiện lợi cho việc tháo bã bằng tay Nhược điểm của máy là ổ trục và bộ phận truyền động đặt ở dưới nên dễ bị ăn mòn hoá học Các bộ phận và hình vẽ: Hình 4 Máy ly. .. dễ bị ăn mòn hoá học Các bộ phận và hình vẽ: Hình 4 Máy ly tâm làm việc gián đoạn tháo bã bằng dao a.2 Máy ly tâm kiểu treo 20 21 Chức năng: Loại máy này dùng để phân riêng huyền phù mịn và trung bình, do đó nó thường được dùng trong các nhà máy đường, nhà máy hoá chất, thực phẩm v.v Nguyên lý hoạt động: Các bộ phận kết cấu chung của máy ly tâm kiểu treo gồm roto đứng và trục sợi, đầu trên của trục... nhỏ hơn Tuy nhiên máy còn có một số nhược điểm như kết cấu phức tạp, tiêu tốn năng lượng không đều theo thời gian, lưới lọc chóng mòn do bị ma sát với pittông đẩy bã Chức năng: Loại máy ly tâm này dùng để ly tâm huyền phù đặc (50% pha rắn trở lên), kích thước hạt khoảng 0,04-0,12mm Thường dùng để ly tâm các huyền phù mà pha rắn ở dạng tinh thể như (NH4)2SO4, NaCl, CaSO4 ,v.v Cấu tạo: Máy gồm có một pittông... bộ phận truyền động không bị chất lỏng ăn mòn, việc tháo bã tương đối nhẹ nhàng và nhanh hơn loại máy ly tâm ba chân Vì các máy ly tâm làm việc với số vòng quay rất lớn nên dù đã ngắt điện, trục quay vẫn còn quay do quán tính rất lâu Ðể nhanh chóng dừng máy ta phải dùng cơ cấu phanh hãm Ðối với các máy ly tâm treo, ổ trục có 21 22 thể đảo xung quanh phương thẳng đứng khi phanh, do đó cơ cấu phanh phải... nhất, vắt , rửa và lại vắt chất lỏng Trong các máy ly tâm lắng thì huyền phù được nạp vào khi tốc độ quay của roto hoạt động Dùng phanh đai gắn trong mũ của bộ dẫn động để hãm máy ly tâm, cũng như dùng động cơ điện có kết cấu cho phép hãm khi quay ngược chiều Vỏ cũng là thùng để đựng phần lọc, từ đó được tháo ra qua khớp nối nằm ở dưới đáy thùng Máy ly tâm dạng ФПH không được bịt kín, chúng được trang... trọng tâm của hệ quay và là hệ của các ổ lắc nằm trong cốc, được tựa tự do trên bề mặt cầu của vỏ bọc bộ dẩn động Lắp vỏ của bộ dẫn động trên thanh thép dọc hình chữ U Dẫn động được thực hiện từ động cơ nối với trục máy ly tâm qua khớp đàn hồi Nạp huyền phù từ trên vào máy ly tâm lọc khi số vòng quay của roto giảm, sau đó tăng số vòng quay đến trị số lớn nhất, vắt , rửa và lại vắt chất lỏng Trong các máy . dạng trống lọc Máy lọc dầu ly tâm hình trụ Máy lọc dầu ly tâm hình nón b. Theo đặc điểm lọc của máy lọc Máy lọc dầu ly tâm hai pha. Máy lọc dầu ly tâm ba pha phân ly: máy ly tâm lắng; máy ly tâm lọc − Theo phương thức làm việc: máy ly tâm làm việc gián đoạn, máy ly tâm làm việc liên tục và máy ly tâm