3. Sơ đồ nguyên lý thiết bị
BÀI 6: LỌC KHUNG BẢN 1.Cơ sở lý thuyết
1.Cơ sở lý thuyết
1.1.Lọc là gì?
Lọc là quá trình được thực hiện để phân riêng các hỗn hợp nhờ 1 vật ngăn xốp, vật xốp có khả năng cho một pha đi qua còn giữ pha kia lại nên còn gọi là vách ngăn lọc.
Vật ngăn lọc phải có tính chất phù hợp với huyền phù, gồm các loại vải được đan bằng các loại sau: sợi bông len polypropylen, clorinaxeton, pvc, sợi thủy tinh…. chịu axít. Chất trợ lọc: Diatomit trắng tạo từ 94% SiO2, bề mặt riêng 20m2/g, bền axít, được sử dụng rộng rãi, tạo độ xốp 93%. Perolit: tạo từ các sản phẩm núi lửa các chất trợ lọc không được tan trong dung dịch lọc.
1.2.Nguyên tắc quá trình lọc
Tạo ra trên huyền phù một áp suất P1, pha lỏng xuyên qua các mao dẫn, pha rắn bị giữ lại. Chênh lệch giữa hai vách ngăn gọi là động lực quá trình lọc.
∆P = P1 - P2
Có thể tạo động lực của quá trình lọc bằng các cách sau:
− Tăng áp suất P1: dùng cột áp thuỷ tĩnh, máy bơm hay máy nén. − Giảm áp suất P2: dùng bơm chân không.
Cân bằng vật chất trong quá trình lọc: Vh=V0+V1=Va+V
Gh=G0+G1=Ga+G Trong đó:
Vh, Gh: Thể tích và khối lượng hỗn hợp huyền phù đem đi lọc. V0, G0: Thể tích và khối lượng chất rấn khô.
V1, G1: Thể tích và khối lượng nước lọc nguyên chất. V2, G2: Thể tích và khối lượng bã ẩm.
V, G: Thể tích và khối lượng nước lọc chưa nguyên chất. Độ ẩm của bã:
• Khi lọc với áp suất không đổi:
Trong đó:
µ: Độ nhớt (kg/ms) V: Thể tích nước lọc (m3) S: Diện tích bề mặt lọc (m2)
τ: Thời gian lọc được ấn định trước
r0: Trở lực riêng (1/m2) trở lực lớp bã tạo thành (1kg bã khô/1m2 bề mặt) X0=Va/V0: Tỉ số giữa lượng bã ẩm (m3/lượng nước lọc (m3))
Rv: Trở lực vách ngăn (1/m) • Lọc với tốc độ không đổi
W= const (Kém hiệu quả)
2.Giới thiệu thiết bị 2.1. Mô tả thiết bị
Thiết bị lọc khung bản tại phòng thí nghiệm
+ Cấu tạo: Máy lọc khung bản gồm có một dãy các khung và bản cùng kích thước xếp liền nhau, giữa khung và bản có vải lọc. Huyền phù được đưa vào rãnh dưới tác dụng của áp suất rồi vào khoảng trống của khung. Chất lỏng qua vải lọc sang các rãnh của bản rồi theo van ra ngoài. Các hạt rắn được giữ lại tạo thành bã chứa trong khung.
+ Nguyên lý hoạt động: cho huyền phù vào 1 bên vách ngăn rồi tạo áp suất P1 trên bề mặt lớp huyền phù, lỗ dẫn huyền phù nhập liệu của khung và bản được nối liền tạo thành ống dẫn nhô ra để ghép với hệ thống cấp liệu. Nước lọc chảy ra từ bản qua hệ thống đường ống và lấy ra ngoài. Bã được giữ lại trên bề mặt vách ngăn lọc và được chứa trong khung. Khi bã trong khung đầy thì dừng lọc để tiến hành rửa và tháo bã.
+ Ưu điểm: Bề mặt lọc lớn. Dịch lọc trong và loại bỏ được nấm men. Tấm đỡ có thể thay thế dễ dàng. Lọc được cặn bẩn. Không cần người có chuyên môn cao.
+ Nhược điểm: Cần nhiều thời gian vệ sinh. Phải thay thế tấm đỡ theo chu kỳ. Giá thành tấm đỡ cao. Nước chảy ra ngoài nhiều, phân bố không đồng đều.
2.2.Tiến hành thí nghiệm
- Pha 500 g bột CaCO, vào 20lít nước để có dung dịch huyền phù lọc. - Đóng van V1 và van V2.
- Cho dung dịch đã pha vào bồn chứa.
- Bật công tắc máy khuấy, khuấy đều hỗn hợp dung dịch CaCO3. - Mở van V3, V4, V5, V6.
- Mở bơm, điều chỉnh áp suất bằng V4 khi đồng hồ áp suất chỉ mức mong muốn. - Đong dung dịch lọc ở đầu C1 và ghi nhận thể tích trong mỗi thời gian 30 giây. - Làm thí nghiệm với các chế độ áp suất khác nhau.
3.Tính toán kết quả
Số liệu thực nghiệm:
10,15 10,22 10,22 10,24 10,27 V(I) 2,05 2,16 2,02 2,28 2,13 =0,5 10 10,06 10,07 10,3 10,41 V(I) 2,7 2,7 2,54 2,55 2,9 Tính toán: Diện tích bề mặt lọc F = 2.n.a2 = 2.10.21,82 = 9505 (cm2) = 0,95 (m2) Trong đó : n: số mặt lọc a : kích thước bề mặt lọc (cm) Lượng nước lọc riêng
q = Trong đó:
V thể tích nước lọc thu được (m3) F diện tích bề mặt lọc (m2)
Năng suất của quá trình lọc
V thể tích nước lọc thu được (m3) thời gian lọc thực (m2) = q = qsau – qtrước P = 0,25 =0,25 ()=2500) V 2,05 2,16 2,02 2,28 2,13 Q 0,2.10-4 0,21.10-4 0,19.10-4 0,22.10-4 0,21.10-4 0,07 0 0,02 0,03 q 2,15. 10-3 2,27.10-3 2,12.10-3 2,4.10-3 2,24.10-3 q 0,12.10-3 -0,15.10-3 0,28.10-3 -0,16.10-3
583,33 0 71,43 -187,5
y = -2E+0,6x +4172,5
Ta có : y=0 x = -b/a = (-4172,5/-2E+0,6) = 862,7 C = -x = -862,7 x =0 y = b = (2.C)/K ⇔ K = (2.C)/b =2*(-862,7/4172,5) = -0,41 P = 0,5 =0,5 ()=5000) V 2,7 2,7 2,54 2,55 2,9 Q 0,27.10-4 0,268.10-4 0,25.10-4 0,25.10-4 0,28.10-4 0,06 0,01 0,23 0,11 q 2,84.10-3 2,84.10-3 2,67.10-3 2,68.10-3 3,05.10-3 q 0 -0,17.10-3 0,01.10-3 0,37.10-3 Error -58,82 23000 297,3
Phương trình đường bình phương cực tiểu : y = -8E+0,7x + 217946
Ta có : y=0 x = -b/a = (-217946/-8E+0,7) = 10355,57 C = -x = -10355,57
x =0 y = b = (2.C)/K
⇔ K = (2.C)/b =2*(-10355,57/217946) = -0,09
4.Nhận xét
- Theo như yêu cầu thì ta sẽ thu lượng nước sau 10 giây lọc. Nhưng trong quá trình canh thời gian và thu nước sẽ không được thời gian 10 giây như ý muốn nên số liệu cũng sẽ có sai lệch.
Thí nghiệm lọc khung bản, kết quả thí nghiệm có sai số vì:
- Kết quả giữa lý thuyết so với thực nghiệm khác nhau. Sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm là đáng kể.
Qua thí nghiệm ta có thể thông qua quá trình lọc phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hình dạng, kích thước và tính chất pha phân tán.
Nguyên nhân gây sai số:
- Thao tác chưa chuẩn xác, quá trình lọc sinh viên chưa thành thạo các kĩ năng. - Dụng cụ ghi thể tích không chính xác.
- Mắt nhìn sai thể tích làm cho quá trình tính toán khó khăn hơn, ảnh hưởng đến hình dạng đồ thị.
Biện pháp khắc phục:
Sinh viên phải thành thạo thao tác, nắm vững lý thuyết để thực hành tốt. Đọc và ghi kết quả chính xác.
- Dụng cụ thiết bị phòng thí nghiệm phải đảm bảo chính xác để cho kết quả đúng khi thực hiện thao tác đúng.