Tài liệu Thiết bị lọc

TRƯỜNG: ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM KHOA: CÔNG NGHỆ SINH HỌC LỚP : SH09A1- SH09A2 MÔN:QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ SINH HỌC 1 GVHD: Th.S HỒ TẤN THÀNH THỰC HIỆN: MSSV NGYỄN VĂN LỰC 095301 NGUYỄN THANH MINH 095301 HUỲNH THỊ TRÚC LY 0953010372 LƯƠNG THỊ MƠ 0953010399 ĐỀ TÀI  THIẾT BỊ LỌC 1. Thiết bị lọc khung bản 2. Thiết bị lọc tấm 3. Thiết bị lọc ống Mục lục:  Khái niệm và phân loại:  Thiết bị lọc được thiết kéchế tạo nhiều dạng, nhiều kiểu khác nhau, để phù hợp với các điều kiện cụ thể riêng biệt. Theo quá trình lọc người ta thường sử dụng thiết bị lọc gián đoạn và thiết bị lọc liên tục.  Thiết bị lọc gián đoạn thường sử dụng gồm lọc ép khung bản và lọc ép loại ngăn (phòng), ngoài ra còn thiết bị lọc tấm, thiết bị lọc ống.  Thiết bị lọc liên tục thường gồm các loại, lọc túi cho hệ bụi, các thiết bị lọc chân không như: lọc thùng quay, lọc đĩa hoặc lọc băng tải.  Ngoài ra còn có các máy lọc ly tâm làm việc gián đoạn và liên tục.  Thiết bị lọc ép (áp lực):  Thiết bị lọc áp lực rất đa dạng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm.Thiết bị lọc áp lực làm việc gián đoạn ( nghĩa là huyền phù nhập vào liên tục, nước tan chảy ra liên tục, còn tháo bã theo chu kỳ) hoặc liên tục. Áp suất làm việc thường khoảng 4-5 kp/cm2 (tối đa 15kp/cm2).Các khung lọc áp lực được làm từ gỗ, kim loại, hợp kim nhôm, thủy tinh hoặc compozit. Giữa các tấm lọc có vách lọc (thường bằng vải) tạo thành buồng chứa bã.  Loại thiết bị lọc áp lực thường dùng có:  Máy lọc khung bản  Máy lọc tấm  Máy lọc ống 1. Thiết bị lọc khung bản: a) Cấu tạo: Máy lọc khung bản gồm một dãy các khung và bản có cùng kích thước, xếp liền nhau. Khung và bản có tay tựa trên hai tanh nằm ngang, giữa khung và bản có vải lọc. Giới hạn hai đầu gồm tấm cố định, đầu kia là tấm di động, di chuyển được nhờ tay quay. Ép chặt khung bản với lực P bằng cơ cấu vít đai ốc được thực hiện bởi tay quay. Toàn bộ thiết bị lọc khung bản được đặt trên bệ đỡ. Lỗ dẫn huyền nhập liệu của khung và bản nối liền tạo thành ống dẫn nhô ra để ghép với hện thống cấp liệu. Nước lọc từ bản chảy xuống để lấy ra theo van. b) Nguyên lý hoạt động:  Huyền phù được đưa vào rãnh. Khí rửa, nước rửa đưa vào rãnh. Trên bề mặt của bản người ta xẻ các rãnh thẳng đứng song song nhau và hai rãnh nằm ngang ở hai đầu. Rãnh nằm ngang bên dưới có thông với van để tháo nước lọc và nước rửa. khung rỗng tạo thành các phòng để chứa cặn.  Huyền phù dưới tác động của áp suất được đưa vào rãnh rồi vào khoảng rỗng của khung, chất lỏng chui quavải lọc sang các rãnh của bản rồi theo van ra ngoài, còn bã bị giữ lại trong khung. Để rửa bã người ta ngừng cho huyền phù và cho nước rửa vào. Nước rửa chui qua lớp vải lọc, qua toàn bộ bề dày lớp bã kéo theo chất lỏng còn lại trong bã qua lớp vải lọc thứ hai sang bản ben cạnh rồi theo ống ra ngoài. Do đó khi rửa bã cứ một van đóng, một van mở.  Khi rửa xong người ta mở tay quay, khung và bản tách xa nhau, bã sẽ rơi xuống máng dưới rồi lấy ra ngoài. Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc ép khung bản c) Ưu, nhược điểm:  Ưu điểm:  Bề mặt lọc trên một đơn vị diện tích sản xuất lớn  Động lực quá trình lọc (hiệu số áp suất) lớn  Có thể kiểm tra quy trình làm việc được  Có thể ngừng không cho một vài bản làm việc (khi thấy nước lọc chảy ra qua van của bản nào bị đục thì ta đóng van đó lại).  Nhược điểm:  Thao tác bằng tay nhiều  Rửa bã chưa thật tốt  Vải lọc nhanh bị rách d) Công thức tính toán: Khi tiến hành lọc người ta thường phải ép chặt các khung bản để giữ áp suất lọc không bị rò rỉ ra ngoài. Lực ép khung bản cần đạt được: P  Q1  Q2 Q1- lực áp suất của huyền phù Q2- lực ép tại bề mặt tiếp xúc của khung và bản: Q2 = pt . Ft p – áp suất tiếp xúc, thường lấy pt  3 p1 , (p áp suất lọc) t 1 F1- diện tích bề mặt tiếp xúc. Thiết bị lọc ép (áp lực) làm việ gián đoạn, nên thời gian từ lúc bắt đầu lọc cho đến khi tháo bã xong gọi là chu kỳ lọc, và được tính:  k    r  p  , r ,  p (1) - tương ứng thời gian lọc, thời gian rửa bã và các thời gian thao tác phụ ( tháo bã tái sinh vải lọc, lắp khung bản….). Từ đây năng suất của thiết bị: Vs  V q.S  k k (2) V- lượng nước lọc thu được trong thời gian lọc  Muốn tăng năng suất thiết bị lọc ép, cần giảm thời gian phụ p , do vậy người ta lấy đạo hàm của năng suất Vs theo lượng nước lọc riêng và cho bằng không rồi giải ra tìm được điều kiện để nhận Vsmax Diện tích bề mặt lọc trong thiết bị lọc ép khung bản: S = 2n (a)2 n - số khung của thiết bị a – kích thước của khung (lòng trong) (3) Giải phương trình lọc và tìm diện tích bề mặt S, rồi theo quan hệ (3) tính ra số lượng khung, trên cơ sở đã chọn kích thước a Số lượng bản gồm: (n-1) bản hai mặt, bản di động một mặt và bản cố định một mặt. Tính toán thiết bị được tiến hành theo các bước:  Nghiên cứa đặc tính dịch huyền phù, nhằm xác định khối lượng riêng pha lỏng, độ nhớt, kích thước hình dạng hạt pha rắn, khối lượng riêng, nồng độ và đặc tính của bã lọc và của huyền phù.  Trên cơ sở đó chọ loại vách ngăn lọc và quyết định trị số áp suất lọc, tốt nhất theo số liệu thực nghiệm hoặc theo kinh nghiệm sản xuất. Theo trị số áp suất lọc biết được độ ẩm của bã lọc tạo thành.  Tính cân bằng vật chất theo yêu cầu của công nghệ sản xuất, tức là nồng độ cho phép còn lại trong nước lọc.  Chọn các giải pháp kỹ thuật để thực hiện thành công các yêu cầu của công nghệ về số lượng và chất lượng, ví dụ: gia nhiệt cho huyền phù, bổ sung bột trợ lọc, lắp đặt thêm cánh sấy chống sa lắng, chọn phương thức tạo áp suất….  Giải phương trình lọc, tìm thời gian lọc  Chọn phương thức rửa bã và tình thời gian rửa bã  Các giải pháp để giảm thời gian thao tác phụ rồi quy định p  Tính chu kỳ lọc  Theo (2) tính thể tích nước lọc, từ đó suy ra diện tích bề mặt lọc S  Chọn kích thước khung bản và theo (3) tính số lượng khung bản  Bố trí kết cấu thiết bị và tính bền các chi tiết bộ phận  Tính tổn thất sáp suất và chọn máy bơm với công suất cần thiết  Thiết kế chi tiết các bộ phận  Tính hiệu suất của quá trình lọc. e) Bài tập ví dụ: VD1: Xác định thời gian lọc 10 lít chất lỏng qua 1m 2 vải lọc, nếu tronh thí nghiệm sơ bộ cứ 1m2 vải lọc thu được một số lượng nước lọc: 1 lít trong khoảng 2,25 phút và 3 lít trong khoảng 14,5 phút, sau khi bắt đầu lọc. Giải: Theo những số liệu thí nghiệm tìm những hằng số thực nghiệm K và C trong những phương trình lọc : V2 + 2VC = K .  Muốn vậy chúng ta viết ra hai phương trình có hai ẩn số: 12  2  1  C  K .2,25 3 2  2  3  C  K .14,5 Từ đó: K= 0,77 l6/m4 phút và C= 0,37 l3/m2 Để xác định thời gian lọc cần phải thay những trị số đã biết của các hằng số và thể tích chất lỏng đã cho vào phương trình lọc : 102  2  10  0,37  0,77 Từ đó:  = 140 phút (2 giờ 20 phút). VD 2: với điều kiện của ví dụ trên xác định thời gian rửa bã, nếu số lượng nước rửa là 2,4 l/m2 và quá trình rửa đi theo đường của nước lọc ban đầu. Giải: Không kể sự khác nhau về độ nhớt của nước lọc và của nước rửa, chúng ta sẽ tính được rằng tốc độ lọc sẽ bằng tốc độ rửa ở thời gian cuối. Chúng ta xác định tốc độ lọc ở thời gian cuối theo đề bài với điều kiện dùng những số liệu của ví dụ trên: dV K 0,77    0,037 m 3 / m 2 / phút d 2(V  C ) 2(10  0,37)  np  Thời gian rửa: Vnp 2,4   65 phút dV 0,037 ( ) np d VD3: Cần lọc huyền phù với máy lọc ép loại khung bản và cứ 3 giớ thu được 6m 3 nước lọc, quá trình lọc thí nghiệm huyền phù đó bằng máy lọc ép phòng thí nghiệm với cùng áp suất và chiều dày của lớp bã. Cho biết rằng các hằng số lọc đối với bề mặt máy lọc có 4 2 2 3 2 những trị số sau đây: K  20  7  10 m / h; C  1,45  10 m / m Xác định kích thước cần thiết của máy lọc ép? Giải: Tìm năng suất 1m2 máy lọc ép theo phương trình lọc: V2  2  0,145  10 2 V  20,7  10 4  3 2 2 4 Từ đó: V  0,145  10  (0,145  10 )  62,1  10  0,145  10 2  7,88  10 2  7,33  10 2 m 3 / m 2 Trong một chu kỳ lọc, nghĩa là sau 3 giờ. Do đó đối với năng suất đã cho, cần có bề mặt lọc: S 6  77,5m 2 0,00773 Theo sách thống kê chọn máy lọc ép có thông số gần nhất là S = 83 m2, có 42 khung bản có kích thước 1000  1000mm Chú thích :Cũng có thể xác định bề mặt lọc này theo phương trình dùng cho tất cả các máy lọc có bề mặt S và năng suất V1, m3 nước sau chu kỳ lọc: V F2  2VF .SC  KS 2 6 2  2  6  1,45  10 3 S  20,7  10  4  3S 2 Từ đó: S = 77,4 m2. VD4: Cần rửa để tách NaCl trong máy lọc ép trong một thời gian bao nhiêu để đạt nồng độ cho phép 5g/lít trong nước rửa? Quá trình rửa bằng nước sạch. Cường độ rửa 0,33 m3/m2.h. Chiều dày lớp bã 35mm.Hằng số rửa K= 5,0 cm 3/lít. Trong thời kỳ đầu của quá trihf rửa nồng độ NaCl trong nước rửa là 143g/lít. Giải:   0,035 Lúc đó: 3 2 ;   0,33m / m .h  3 2 ; K  520  0,001m / m 2,3  0,035  (lg 143  lg 5)  0,638 520  0,001  0,33 giờ = 41 phút VD5: Với điều kiện của ví dụ trên, tính nồng độ Nacl trong nước rửa sau khi đã được 50 phút? Giải: Tìm nồng độ muối trong nước rửa : C 2  143e 5200, 0010 , 3350 0 , 03560  143e 4, 08 Tính logarit biểu thức này ta được: lg C 2  lg 143  4,08  2,516  1,75  0,406 2,3 Do đó: C2 = 2,53g/lít f) Bài tập tự làm: 1. Máy lọc ép có 26 khung kích thước 62  62 cm chiều dày khung 25mm.Thời gian lọc tính đến khi đầy khung là 2 giờ. Lượng nước dùng để rửa bã bằng 10% thể tích chất lỏng. Áp suất trong thời gian lọc và rửa bã là giống nhau và không đổi. Hỏi thời gian cần dùng để rửa bã là bao nhiêu? Bã đồng nhất, không bị ép, thể tích bã chiếm 5% thể tích nước lọc.Cho biết C= 0. 2.Thời gian lọc 20m3 dung dịch với với một máy lọc ép khung bã mát 2,5 giờ. Tìm sơ bộ thời gian để rửa bã với 2m 3 nước, cho biết tốc đọ rửa bé hơn 4 lần so với tốc độ lọc trong thời gian cuối, không tính sức cản của vải lọc. Độ nhớt nước lọc và nước rửa bằng nhau. 2. Thiết bị lọc tấm: a) Cấu tạo:  Máy lọc tấm làm việc ở áp suất dư gồm có thân hình trụ, bên trong đặt các tấm hình chữ nhật được gắn chặt vào nắp.Nắp và tấm có thể di động được nhờ hai con lăn chạy trên hai đường ray đặt ở bên trong thân hình trụ.Mỗi tấm có ống tháo và van để tháo nước lọc. Có cửa huyền phù vào, cửa đẩy không khí.  Ngoài ra còn có thiết bị lọc tấm làm việc ở áp suất chân không. Loại này dùng để lọc huyền phù có độ pha rắn nhỏ. Cấu tạo gồm nhiều tấm lọc lắp trên một khung , bể chứa huyền phù, bể rửa, bể tháo bã có vít tải để tháo bã. Toàn bộ khung lọc treo trên con chạy b) Nguyên lý làm việc:  Máy lọc tấm làm việc ở áp suất dư:  Huyền phù được bơm hay nhờ không khí nến đưa vào thiết bị qua ống, không khí trong thùng bị đẩy ra cửa qua van tự động.  Khi thùng chứa đầy huyền phù thì van tự động đóng lại, trong thùng có áp suất dư, dưới tác dụng của áp suất chất lỏng chảy qua vách lọc, theo ống tháo ra ngoài. Khi lớp bã đạt đến chiều dài yêu cầu ngừoi ta dùng không khí nén đẩy huyền phù dư ra ngoài. Muốn rửa bã người ta cho nước vào thùng, sau đó dùng không khí nến đẩy nước ra ngoài rồi sấy khô bã cũng bằng không khí. Để tháo bã người ta tháo nắp, kéo tấm lọc ra ngoài, dùng nước rửa hay không khí để tách bã.  Máy lọc tấm làm việc ở áp suất chân không:  Khi nhúng vào bể huyền phù khung được hút chân không, nước trong qua vải lọc, đi vào phía trong khung rồi theo đường ống dẫn đến bộ phận chứa, còn bã bám trên vãi và đạt đến bề dày cần thiết (khoảng 5 đến 33mm), khung được đưa sang bể rửa nhưng vẫn tiếp tục hút chân không. Sau khi rửa xong chuyển khung sang ể để tháo bã bằng không khí hoặc chất lỏng. c) Ưu nhược điểm:  Ưu điểm:  Tốn ít nước rửa  Vải lọc ít bị hao mòn  Năng suất cao  Nhược điểm:  Giá thành thiết bị cao  Khó kiểm tra bề dày bã  Khó thay vải lọc. 3. Máy lọc ống a) Cấu tạo: Gồm các hình ống trụ xốp, đáy kín. Bên trong có lồng khung thép có gờ và lỗ. Ống lọc được làm bằng thạch anh, thủy tinh hay sành sứ xốp. b) Nguyên lý hoạt động:  Huyền phù vào cửa chứa đầy trong máy lọc. Ở áp suất khoảng 8 at, nước lọc thấm qua tường xốp của ống trụ theo lỗ chảy vào rãnh rồi ra ngoài. Phần huyền phù còn dư đi qua rãnh khác của ống kim loại rồi theo cửa trở về bể chứa. khi lớp bã đạt đến bề dày quy định thì ngừng cung cấp huyền phù, rồi dùng không khí nến đẩy huyền phù dư ra cửa huyền phù vào.  Muốn rửa bã người ta cho nước rửa vào cửa huyền phù vào , nước rửa đi như nước lọc. Sau khi rửa sấy khô bằng không khí hoặc khí nén cũng cho vào cửa và theo rãnh ra ngoài.  Để tháo bã người ta dùng không khí thổi vào rãnh, bã sẽ tơi ra và rơi xuống.  Theo định kỳ người ta phải làm sạch các lỗ trong ống bằng cách rửa chúng bằng dung môi thích hợp hoặc bằng cách thổi không khí nén vào.  Máy lọc loại này thường có diện tích lọc từ 0,01 đến 52 m 2, độ xốp đạt 40%, chiều dài ống lọc 2 m, số ống từ 1 đến 69 ống. Bề dày lớp bã khi lọc 1 ống đạt 40 đến 60 mm và lọc nhiều ống đạt khoảng 15 đến 20 mm. c) Ưu, nhược điểm:  Ưu điểm:  Gọn gàng  Làm việc chắc chắn  Rửa và sấy bã đơn giản  Có thể lọc được các huyền phù ăn mòn hóa học  Lọc sạch  Có thể tự động hóa quá trình  Nhược điểm:  Lỗ mao quản của các ống dễ bị bịt kín bởi các hạt  Không quan sát được quá trình lọc.