Khuấy trộn bằng cơ khí

Chương 8 : MÁY VÀ THIẾT BỊ CƠ HỌC

8.4. Khuấy trộn chất lỏng

8.4.1. Khuấy trộn bằng cơ khí

- Khuấy trộn chất lỏng bằng cơ khí nghĩa là dùng cánh khuấy - Cánh khuấy có nhiều loại

+ Cánh khuấy mái chèo: để kh́y trợn chất lỏng có đợ nhớt nhỏ.Thường dùng để hịa tan chất rắn, có khới lượng riêng khơng lớn lắm.

GIÁO TRÌNH QTTB TRONG CƠNG NGHỆ SINH HỌC

Biên soạn: TS. Bùi Xuân Đông Trang 172

+ Cánh khuấy chân vịt (chong chóng): dùng để điều chế dung dịch huyền phù nhũ tương. Không thể dùng cánh khuấy chân vịt để khuấy chất lỏng có đợ nhớt cao hoặc kh́y chất lỏng trong đó có các hạt rắn có khới lượng riêng lớn.

+ Cánh khuấy tuabin: Dùng để kh́y chất lỏng có đợ nhớt cao đến 5.105cp, để điều chế huyền phù mịn, để hòa tan các chất rắn nhanh hoặc để khuấy động các hạt rắn đã lắng cặn có nờng đợ pha rắn đến 60%

+ Cánh khuấy đặc biệt: Dùng trong trường hợp không thể dùng được cành khuấy mái chèo, chong chóng, tuabin. Thường dùng để khuấy bùn nhão hoặc kh́y chất lỏng có đợ nhớt rất cao.

Đặc trưng của q trình kh́y trợn là cường độ khuấy và năng lượng tiêu hao. Cường độ khuấy trộn là chất lượng của kết quả khuấy theo thời gian.

Cường độ khuấy trộn phụ thuộc vào nhiều yếu tố và cho đến nay vẫn chưa có phương pháp tính toán nào có thể tin cậy để xác định cường độ khuấy trộn.

8.4.2. Cấu tạo cánh khuấy

8.4.2.1. Loại mái chèo

Cánh khuấy loại mái chèo cấu tạo rất đơn giản, gờm có hai tấm phẳng gắn chặt vào trục thẳng, trục quay nhờ bộ phận truyền động từ đợng cơ. Đường kính của mái chèo thường vào khoảng 7/10 đường kính thiết bị. Nếu sớ vịng quay nhỏ thì chất lỏng sẽ chuyển đợng vịng trịn trên mặt phẳng nằm ngang trùng với mặt phẳng của cánh khuấy, và không có sự kh́y trợn chất lỏng ở các lớp khác.

Khi khuấy trợn mạnh sẽ x́t hiện dịng chủn đợng phụ, khi đó chất lỏng chủn đợng xốy. Dịng chủn đợng phụ này x́t hiện do lực li tâm gây nên làm cho chất lỏng văng từ tâm của thiết bị ra ngoài thành, đồng thời áp suất ở tâm sẽ giảm xuống và hút chất lỏng nằm ở bên trên và bên dưới cánh khuấy. Do đó trong chất lỏng x́t hiện dịng t̀n hoàn theo mũi tên chỉ của hình.

Dịng chủn đợng phụ làm tăng cường độ của khuấy trộn. Cường độ khuấy càng tăng khi tăng sớ vịng quay, nhưng đờng thời năng lượng tiêu hao cũng tăng.

Khi chất lỏng chủn đợng vịng thì do tác dụng của lực li tâm nên trên bề mặt của chất lỏng có dạng hình phễu (xem hình 8.42). Chiều sâu của phễu càng tăng khi sớ vịng

GIÁO TRÌNH QTTB TRONG CƠNG NGHỆ SINH HỌC

Biên soạn: TS. Bùi Xuân Đông Trang 173

quay tăng. Sự xuất hiện phễu chất lỏng sẽ dẫn tới làm giảm thể tích sử dụng của thiết bị. Do đó trong trường hợp cụ thể, bằng thực nghiệm người ta có thể tìm sớ vịng quay thích hợp cho kh́y trợn. Nếu tăng quá sớ vịng quay đó thì năng lượng tiêu hao sẽ tăng lên.

Hình 8.42: Cánh khuấy mái chèo hình khung

Để tăng sự khuấy trộn chất lỏng thường người ta dùng cánh khuấy mái chèo hình khung (hình 8.42), loại mái chèo này có phần đáy cong tương ứng với bán kính cong của đáy thiết bị. Đơi khi người ta gắn vào thành thiết bị các tấm ngăn để làm tăng sự xáo trộn chất lỏng. Loại cánh khuấy mái chèo có ưu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ gia cơng, thích hợp với chất lỏng có đợ nhớt nhỏ. Nhược điểm: hiệu suất khuấy thấp đối với chất lỏng nhớt, khơng thích hợp với các chất lỏng dễ phân lớp.

8.4.2.2. Cánh khuấy loại chân vịt (chong chóng)

Để tăng sự tuần hoàn chất lỏng người ta thường dùng cánh khuấy loại chân vịt (chong chóng) loại này thường gờm ba cánh (hình 8.43), mỡi cánh ́n cong mợt góc , góc này thay đởi dần từ 00 ở trục đến 900 ở cuối cánh.

Cánh khuấy gắn trên trục, sớ chong chóng trên trục có thể nhiều ít khác nhau phụ thuộc điều kiện khuấy trộn và chiều sâu mực chất lỏng khuấy.

Bề mặt cánh khuấy nghiêng bên phải, trục quay theo chiều kim đồng hồ, chất lỏng chuyển động dọc theo trục theo hướng từ dưới lên, tuần hoàn như hình vẽ (hình bên phải). Nếu cánh khuấy nghiêng bên trái, thì trục quay theo chiều ngược kim đờng hờ.

GIÁO TRÌNH QTTB TRONG CƠNG NGHỆ SINH HỌC

Biên soạn: TS. Bùi Xuân Đông Trang 174

Đường kính cánh kh́y chong chóng vào khoảng 0.25÷0.3 đường kính thiết bị, sớ vịng quay vào khoảng 200÷1500 vịng/phút.

Hình 8.43: Cánh khuấy chân vịt

Để tăng sự khuấy trộn người ta làm thêm bộ phận hướng chất lỏng, bợ phận này có thể là ớng hình trụ hay hình nón cụt, trong đó đặt cánh kh́y.

Ngồi ra nếu thể tích thiết bị kh́y lớn người ta có thể đặt cánh khuấy lệch tâm hoặc nghiêng mợt góc 10÷200 so với trục thẳng đứng.

Cánh kh́y chong chóng có ưu điểm: cường đợ kh́y lớn, năng lượng tiêu hao nhỏ kể cả khi sớ vịng quay lớn, giá thành hạ.

Nhược điểm: khi kh́y chất lỏng đợ nhớt cao thì hiệu śt thấp, thể tích chất lỏng được khuấy mãnh liệt bị hạn chế.

8.4.2.3. Cánh khuấy tuabin

Cánh khuấy tuabin làm việc giống như bơm ly lâm, nghĩa là cũng có g̀ng quay, tùy theo cấu tạo của guồng người ta phân ra loại cánh khuấy tuabin hở hay kín.

Cánh kh́y tuabin hở g̀ng đợng có những cánh thẳng (hình 15.5a) hoặc cánh cong (hình 8.44) làm việc như cánh khuấy mái chèo.

Hình 8.44: Cánh khuấy tuabin hở

GIÁO TRÌNH QTTB TRONG CƠNG NGHỆ SINH HỌC

Biên soạn: TS. Bùi Xuân Đông Trang 175

với nhau bằng những cánh nhỏ, giữa hai cánh tạo thành rãnh. Guồng động thường đặt trong một bộ phận hướng chất lỏng đứng yên.

Khi cánh khuấy tuabin kín làm việc chất lỏng đi vào theo lỗ ở tâm của guồng, chuyển động theo rãnh trong g̀ng, rời ra ngồi theo hướng tiếp tún với cánh guồng.

Ta thấy chất lỏng chuyển động từ hướng thẳng đứng đến hướng nằm ngang theo bán kính và ra khỏi guồng với tốc độ lớn.

Hình 8.45: Cánh khuấy tua bin kín

Trong một đơn vị thời gian lặp đi lặp lại nhiều lần như thế làm cho chất lỏng bị kh́y mãnh liệt tồn bợ thể tích chất lỏng trong thùng.

Loại cánh kh́y tuabin đường kính d phụ tḥc vào đường kính của thiết bị D. Nếu đường kính D<1.6m, đới với thiết bị có dung tích nhỏ hơn 0.75m3 thì d=0.5÷0.33D. Khi D>1.6m, đới với thiết bị dung tích lớn hơn 0.75m3, thì d=0.25÷0.33D.

Loại cánh kh́y tuabin có ưu điểm: hiệu śt cao, hịa tan nhanh, thuận tiện cho quá trình liên tục. Loại này có nhược điểm là cấu tạo phức tạp, giá thành đắt

8.4.2.4. Cánh khuấy đặc biệt – thùng khuấy

Thùng khuấy gờm có mợt thùng có cánh kh́y, trơng giớng như lờng sóc. Loại này dùng để tạo huyền phù nhũ tương, hoặc để tăng phản ứng hóa học giữa khí và lỏng. Thường thùng khuấy sử dụng trong trường hợp tỉ lệ đường kính của thùng khuấy và của thiết bị từ ¼ đến 1/6 và tỷ sớ chiều cao mực chất lỏng với đường kính thùng kh́y khơng nhỏ hơn 10.

GIÁO TRÌNH QTTB TRONG CƠNG NGHỆ SINH HỌC

Biên soạn: TS. Bùi Xn Đơng Trang 176

8.4.3. Khuấy bằng khí nén

Khuấy bằng khí nén dùng để khuấy chất lỏng có đợ nhớt thấp. Khí nén thường là không khí được nén qua một ống các lỗ nhỏ. Ống này đặt ở tận đáy thiết bị. Khơng khí chui qua lỡ tạo thành những bọt nhỏ, rồi qua lớp chất lỏng làm cho chất lỏng bị khuấy. Để khuấy được đều người ta làm đường ớng khí thành vịng, hoặc xoắn ớc, đôi khi làm một dãy ớng thẳng đặt song song nhau (hình 8.46).

Hình 8.46: Kh́y bằng khí nén CÂU HỎI ƠN TẬP

GIÁO TRÌNH QTTB TRONG CƠNG NGHỆ SINH HỌC

Biên soạn: TS. Bùi Xuân Đông Trang 177

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

[1] Nguyễn Bin, Các quá trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa chất và thực phẩm,

Tập 1: Các quá trình thủy lực, bơm, quạt, máy nén. NXB khoa học và kỹ thuật, 2004

[2] Nguyễn Bin, Các quá trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa chất và thực phẩm, Tập 2: Phần riêng hệ không đồng nhất, khuấy trộn, đập, nghiền, sàng. NXB khoa học và

kỹ thuật, 2004

[3] Nguyễn Bin, Các quá trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa chất và thực phẩm, Tập 4: Phần riêng dưới tác dụng của nhiệt (chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, kết tinh, sấy). NXB khoa học và kỹ thuật, 2008

[4] Nguyễn Bin, Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, Tập 5: Các quá trình hóa học. NXB khoa học và kỹ thuật, 2008

[5]. Nguyễn Bin. Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm. NXB khoa học và kỹ thuật. 1999.

[6] Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Long Thanh Hùng, Đinh Văn Huỳnh, Nguyễn Trọng Khuông, Phan Văn Thơm, Phạm Xn Toản, Trần Xoan, Sở tay quá trình và thiết bị cơng

nghệ hóa chất, Tập 1, 2. NXB Khoa học và Kĩ thuật, 1992

[6]. Hoàng Minh Nam, Vũ Bá Minh, Cơ học vật liệu rời, NXB khoa học và kỹ thuật. 1998.

[8] Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, Quá trình và thiết bị cơng nghệ hóa học và thực phẩm, Tập 3: Truyền khối – NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2004

[9] Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú, Truyền nhiệt, NXB Giáo dục,

2004

[10] Phạm Văn Bơn, Ngũn ĐÌnh Thọ, Quá trình và thiết bị cơng nghệ hóa học và

thực phẩm, Tập 5: Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, NXB Đại học Quốc gia Thành phố

Hồ Chí Minh, 2004

[11] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt và chuyển khối, NXB Khoa học và Kĩ

thuật, 2006

[12] Vũ Bá Minh, Quá trình và thiết bị cơng nghệ hóa học và thực phẩm, Tập 4: Kĩ

GIÁO TRÌNH QTTB TRONG CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Biên soạn: TS. Bùi Xuân Đông Trang 178

[13] Lê Văn Hoàng, Các quá trình và thiết bị cơng nghệ sinh học trong công nghiệp. NXB Đại học bách khoa – Đại học Đà nẵng, Đà nẵng 2007, 345 tr.

[14] Lê Ngọc Thụy, Máy và thiết bị sản xuất thực phẩm, NXB Bách khoa Hà Nội,

2009

[15] Mai Xuân Kỳ, Thiết bị phản ứng trong công nghiệp hóa học, Tập 1,2, NXB

Khoa học và Kĩ thuật, 2006

[16] Phạm Xuân Toản, Các quá trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa chất và thực

phẩm, Tập 3: Các quá trình truyền nhiệt. NXB khoa học và kỹ thuật, 2004

[17]. Phạm Văn Bôn, Hoàng Minh Nam, Vũ Bá Minh. Quá trình và thiết bị cơng nghệ hóa học-Ví dụ và bài tập. Trường đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.

[18] Đỗ Trọng Đài, Ngũn Trọng Khng, Cơ sở quá trình và thiết bị cơng nghệ hóa học. Tập1,2. NXB đại học và trung học chuyên nghiệp. Hà Nội 1974

[19]. Nguyễn Văn Lụa-Các quá trình và thiết bị cơ học – NXB Đại học Quốc gia TP.HCM 2002.

[20] Hoàng Đình Tín, Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Khoa học và Kĩ thuật, 2001

[21] Nguyễn Quang Huỳnh, Thiết bị và máy hóa chất, Tổng cục đào tạo công nhân xuất bản, 1974

[22] Tôn Thất Minh, Phạm Văn Tuấn. Giáo trình Các quá trình và thiết bị trong công nghệ thực phẩm-Công nghệ sinh học. Tập 1, 2. NXB Bách khoa Hà Nội, 2016

Tiếng nước ngoài

[1] Claire Soares. Process Engineering Equipment Handbook, ISBN-13: 978- 0070596146 [2] Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии/ Н.И. Гельперин. ư М.: Химия, 1981, 811 с. [3] Космодемьянский Ю.В. Процессы и аппараты пищевых производств / Ю.В. Космодемьянский. ư М.: Колос, 1997, 208 с. [4] Малахов Н.Н. Процессы и аппараты пищевых производств / Н.Н. Малахов, Ю.М. Плаксин, В.А. Карин. ư Орел: ГТ У, 2001, 687 с.