m
T = τ +τ +
trong đó: τl và τr - thời gian lọc riêng và thời gian rửa cặn, s;
m, ml và mr - tương ứng với số khoang chung, số khoang trong vùng lọc và trong vùng rửa. Đại lượng m, ml và mr- thường cho hoặc nhận được theo số liệu thí nghiệm.
Nếu diện tích bề mặt lọc được tính qua F(m2) và năng suất đơn vị của máy lọc qua
q (m3/m2), thì lượng chất lọc thu được sau một chu kỳ là: qF (m3), còn năng suất một giờ của máy lọc (m3/h) là:
T qF
Q =3600
Có thể xác định mức độ chất liệu huyền phù ϕ của thùng quay theo thời gian lọc τl(s):
T
l
τ ϕ =
Số vòng quay của thùng máy lọc chân không, vòng/phút:
T
n=60
8.5. THIẾT BỊ TUYỂN NỔI
Quá trình tách các tiểu phần rắn, nhỏ của huyền phù dựa vào khả năng dính vào bọt không khí của chúng và nổi lên trên, khi tập trung lại thành váng được gọi là tuyển nổi. Phương pháp tách này có hiệu quả nhất trong sản xuất nấm men. Khi các bọt không khí nổi lên tạo nên một lớp váng hỗn hợp (gồm các bọt không khí chứa nấm men và một lượng nhỏ chất lỏng canh trường) và chất lỏng canh trường nghèo chất dinh dưỡng. Ở lớp trên nồng độ nấm men cao hơn khoảng 4 ÷ 6 lần so với nồng độ chất lỏng canh trường ban đầu.
Ứng dụng tuyển nổi trong sản xuất nấm men cho phép giảm lượng máy phân ly, giảm đáng kể tiêu hao năng lượng và bảo đảm tính liên tục của quá trình công nghệ. Quá trình tuyển nổi nấm men phụ thuộc vào sự tăng lượng ion kaly trong chất lỏng canh trường, sự đưa vào các chất hoạt hoá bề mặt, cũng như vào hàm lượng lignosunfonat trong dung dịch sunfit. Khi có mặt các axit béo cao phân tử trong chất lỏng ban đầu thì khả năng tuyển nổi của nấm men bị giảm xuống đáng kể.
Tỷ số giữa nồng độ sinh khối trong huyền phù lấy ra từ máy tuyển nổi và nồng độ sinh khối trong môi trường ban đầu được gọi là hệ số tuyển nổi. Giá trị của hệ số tuyển nổi phụ thuộc vào độ nhớt của môi trường và được tăng lên khi tăng thời gian lắng
váng. Trong điều kiện sản xuất, hệ số tuyển nổi thường lấy bằng 4 ÷ 6. Tăng hệ số tức làm giảm năng suất của thiết bị tuyển nổi.
Bộ tuyển nổi là thiết bị để cô nấm men có thể được phân loại theo phương pháp bảo hoà không khí của chất lỏng và theo kết cấu.
Theo phương pháp bão hoà canh trường ban đầu của chất lỏng bằng không khí, các bộ tuyển nổi được chia ra làm ba nhóm. Nhóm thứ nhất thuộc các loại thiết bị mà chất lỏng của canh trường trước khi tuyển được bão hoà không khí sơ bộ dưới áp suất dư gần bằng 0,7 MPa trước khi tạo thành các bọt không khí trong dung dịch có đường kính 0,01 ÷ 0,1 mm và gia công tiếp theo ở áp suất khí quyển hay chân không không lớn lắm. Nhóm thứ hai thuộc các loại thiết bị mà sự tuyển nổi được thực hiện bằng không khí phân tán. Không khí nạp vào chất lỏng nhờ các cơ cấu phụ, biến thành bọt có đường kính 1 mm. Đường kính bọt không khí lớn không cho phép đạt được năng suất cao và làm tổn thất nấm men trong chất lỏng canh trường. Nhóm thứ ba thuộc loại máy tuyển nổi chạy điện. Đó là những thiết bị có hiệu quả nhất, vì hydro và oxy ở dạng bọt nhỏ có đường kính đến 0,05 mm được tách ra trên các điện cực ở trong máy. Nhưng phương pháp này đòi hỏi nghiên cứu những cơ cấu phụ để đảm bảo phòng nổ của quá trình, để làm sạch bằng cơ học các điện cực bị nhanh bẩn...
Theo kết cấu, các bộ tuyển nổi được chia thành những thiết bị hình nón nằm ngang, xilanh đứng, một mức với cốc trong, hai mức.
Để làm sạch các dòng nước nhờ tuyển nổi bằng không khí phân tán người ta sử dụng các thiết bị cơ học, cơ - khí nén và tuyển nổi bằng khí nén.
Chúng ta sẽ khảo sát kết cấu của một số dạng máy tuyển nổi. Thiết bị một mức dạng xy lanh để tuyển nổi nấm men nhờ không khí hoà tan là loại thiết bị tuyển nổi phổ biến và đơn giản nhất.
Thiết bị tuyển nổi một mức bằng khí nén. Thiết bị tuyển nổi là một bộ chứa dạng xilanh có sức chứa 160 m3 và dùng để cô nấm men thu được trên môi trường hydrat cacbon. Thiết bị (hình 8.15) gồm vỏ ngoài 2 với đáy phẳng và cốc trong 1 cũng đồng thời là bộ phận thu góp bọt. Không gian vòng xilanh giữa vỏ và bộ phận thu góp bọt chia ra làm năm lô bằng các màng ngăn. Không khí được thổi vào các lô qua các bộ thông gió 6 và bọt tạo thành bị dập tắt nhờ bộ dập bọt cơ học 3. Bộ dẫn động 4 làm quay bộ dập bọt, thải chất lỏng canh trường đã được sử dụng qua cửa chắn nước 7 của lô IV.
Thiết bị tuyển nổi hoạt động như sau: chất lỏng canh trường ban đầu được bảo hoà sơ bộ không khí cho vào lô I (chiếm 2/3 thể tích thiết bị tuyển nổi) từ thiết bị nghiền mịn nấm men. Trong lô này thu được 80% nấm men so với chất lỏng ban đầu. Sau đó chất lỏng được chuyển vào các lô II-V qua phần dưới của lô, các màng ngăn của lô không tiếp đáy thiết bị. Bộ thông gió đẩy không khí bổ sung vào các lô này, cho phép thu được 10,5 và 2% nấm men tương ứng từ các lô trên. Bọt được tạo ra từ tất cả các lô tràn vào cốc - bộ phận thu góp bọt, tại đây bộ dập bọt sẽ dập tắt. Bộ dập bọt là một cái đĩa đường kính 500 mm có các gờ hướng tâm, được phân bổ trên trục đứng quay với số vòng1460 vòng/phút. Nạp nhũ tương của chất làm tan bọt vào đĩa. Khi phun, nhũ tương
sẽ tiếp xúc tốt với bọt. Nấm men cô được tạo thành và lắng xuống đáy của cốc trong, dùng bơm đẩy qua bộ tách khí đến các máy phân ly để tiếp tục cô nấm men.
Chất lỏng canh trường
Phần cô đặc
chất men
Phần cô đặc
chất men Vào ống thoát
A-A D ung d ị ch canh tr ườ ng 6200 Chất phá bọt Không khí
Dung dịch canh trường
đã được sử dụng Không khí Không khí 4 5 Hình 8.15. Máy tuyển nổi một mức bằng khí nén: 1- Cốc trong; 2- Vỏ thiết bị; 3- Bộ dập bọt cơ học; 4- Dẫn động; 5- Thùng chứa chất dập bọt; 6- Bộ thông gió; 7- Cửa chắn nước
Năng suất của thiết bị tuyển nổi tính theo huyền phù nấm men ban đầu bằng 140
nấm men - 1020 ÷ 1040 kg/m3; năng suất đơn vị 1 m3 vòng không gian - 2,8 ÷ 3,2 m3/h (theo huyền phù nấm men). Thể tích không khí chiếm trong huyền phù 55 ÷ 65%, thời gian có mặt của môi trường trong thiết bị - 8 ÷ 12 ph, chiều cao cột chất lỏng ban đầu trong các lô − 0,7 ÷ 0,9 m.
Các thiết bị tuyển nổi một mức với sức chứa 100 m3 có năng suất 105 ÷ 120 m3/h.
Thiết bị tuyển nổi dùng cơ - khí nén. Loại này được dùng để làm sạch các dòng
nước và các dung dịch chứa một lượng lớn các tạp chất và các chất bẩn trong quá trình sản xuất. So với các loại thiết bị tuyển nổi dùng cơ học, thiết bị tuyển nổi dùng cơ - khí nén có kết cấu đơn giản hơn, không khí được phân tán trong thiết bị nhờ bộ thông gió hình nón, tiêu thụ năng lượng điện ít hơn loại dùng cơ học; thể tích của không khí được dẫn vào dung dịch luôn biến đổi trong một giới hạn lớn.
Thiết bị tuyển nổi dùng cơ - khi nén được trình bày trên hình 8.16. Chất lỏng cho vào tinh chế được đẩy vào không gian giữa các cánh của stato 3 làm quay cánh quạt 4. Không khí vào vùng hạ áp trên bánh quạt được khuấy trộn mạnh với chất lỏng. Bọt tạo thành bởi các tiểu phần tạp chất và không khí, được tháo ra nhờ dụng cụ tháo bọt dạng quay 1 vào máng 2, tại đây bọt bị phá vỡ và được đưa đến công đoạn làm trong hay tuyển nổi lần 2. Bề mặt bên trong của thiết bị được bọc caosu. Năng suất của thiết bị từ 100 đến 200 m3/h, thời gian tuyển nổi − từ 3,4 đến 1,7 ph.
Để tăng năng suất thiết bị tuyển nổi dùng cơ − khí nén và chất lượng tuyển, các thiết bị được lắp thành tổ hợp, gồm 5 ÷ 6 máy. Bọt từ các thiết bị tuyển nổi được đưa vào các bộ lắng nằm ngang để dập tắt. Năng suất của các loại thiết bị trên đến 1000 m3/h, thời gian tuyển nổi không quá 10 ph, hiệu suất làm sạch nước khỏi những phần tử lơ lửng đạt đến 90%. Bọt Nướ c t Không khí Hổn hợp khí - không khí 4 3 2 Chất lỏng h Hình 8.16. Thiết bị tuyển nổi dùng cơ - khí nén
Các thiết bị tuyển nổi dùng khí nén được sử dụng để làm sạch nước khỏi các tạp chất hoạt hoá bề mặt (CHHBM) bằng không khí khi phân tán. Thiết bị tuyển nổi dùng nước chứa các chất hoạt hoá bề mặt dựa trên việc sử dụng các tính chất CHHBM để tập
trung trên bề mặt giới hạn nước − không khí và trên bề mặt của bọt không khí được đưa vào nước. Tăng ngậm khí của nước làm tăng tốc độ quá trình và làm tập trung CHHBM trong lớp bọt. Thiết bị tuyển nổi dùng cơ- khí nén cũng đồng thời được sử dụng trong các hệ thống làm sạch thêm các dòng nước đã được làm sạch bằng phương pháp sinh học, để loại những phần thừa của CHHBM ra khỏi chúng.
Thiết bị tuyển nổi để làm sạch thêm các dòng nước đã được làm sạch bằng phương pháp sinh học được mô tả trên hình 8.17. Tiêu hao không khí 5 m3 cho 1 m3 nước đã được làm sạch ban đầu. Thời gian tuyển nổi 20 ÷ 30 ph, cường độ thổi khí 35 ÷
40 m3/( m2⋅h) khi chiều cao của lớp chất lỏng trong phòng - 3 m. Sử dụng quạt ly tâm để tách bọt. Quạt hoạt động 4 ÷ 5 ph, còn sau đó tắt 5 ÷ 6 ph. Trong bọt được tách ra chứa 500 ÷ 800 mg/l CHHBM.
Thiết bị tuyển nổi hai phòng bằng cơ học được trình bày trên hình 8.18. Nước để làm sạch cho vào buồng ngăn 1, sau đó vào bánh quạt quay 4 trong stato 3 của phòng đầu. Nước sạch từ phòng đầu được đẩy vào buồng ngăn tràn 2. Mực nước trong phòng được điều chỉnh nhờ máng nước. Từ phòng ngăn 2, nước được đẩy đến bánh quạt của phòng thứ hai, từ đó nước được làm trong thoát ra.
Nước sạch Không khí nén Không khí Bọt N ướ c t ro ng Không khí Hình 8.17. Thiết bị tuyển nổi
dùng khí nén Hình 8.18. Thihai phòng bếằt bng cị tuyơ hểọn nc ổi
Thiết bị tuyển nổi bằng không khí phân tán có hiệu quả nhất khi làm sạch các dòng nước chứa những phần tử lơ lửng dạng phân tán thô có khả năng tuyển nổi tốt. Các hợp chất cơ học của nhũ tương dầu mỏ, mỡ, chất béo nhanh chóng mất tính ổn định thuộc các dòng trên.