Bài giảng Quá trình thiết bị công nghệ hóa học: Chương 3 - Nguyễn Minh Tân

PHÂN%RIÊNG%
HỆ%LỎNG%KHƠNG%ĐỒNG%NHẤT
(Phân%riêng%bằng%cơ%học)

Giảng&viên:&Nguyễn&Minh&Tân&
Bộ&mơn&QT7TB&CN&Hóa&học&&&Thực&phẩm
Trường&Đại&học&Bách&khoa&Hà&nội


Phân%riêng%hệ%lỏng%không%đồng%nhất

Khái%niệm
Hệ lỏng không đồng nhất
-Huyền phù
-Huyền phù thô
-Huyền phù mịn
-Chất lỏng đục
-Dung dịch keo
-Nhũ tương
-Hệ bọt
Phân riêng hệ lỏng không đồng nhất
-Lắng
-Lọc
-Ly tâm


Phân%riêng%hệ%lỏng%không%đồng%nhất

Lắng%gạn

Thông số đặc trưng

- Khối lượng riêng của huyền phù (kg/m3, kg/l)
- Nồng độ huyền phù: lượng hạt rắn trong một lít huyền phù, kg/l
- Tỉ lệ giữa lượng hạt rắn và lượng nước trong : lượng hạt rắn trong một lít nước
trong, g/l (nồng độ tương đối của hạt rắn trong huyền phù)
- Thể tích hạt rắn:
- Thể tích lỏng:

" h # "l
= !r = 1# !l
" r # "l

! h # !l
"l = 1# "r = 1#
! r # !l

- Lượng lỏng có trong huyền phù

L=

R

"r

" l !l , kg

L=

R

,l

!r
- Độ nhớt huyền phù : µ = µ (1 + 4,5! )
l
r

- Lượng huyền phù

HP =

L+R

!h

,l

HP = L + R, kg


Lắng%dưới%tác%dụng%của%lực%ly%tâm
Lắng dưới tác dụng của trọng lực: là quá trình tách hạt rắn trong huyền phù
nhờ trọng lực của hạt.
Dưới tác dụng của trọng lực:
Hạt rắn trong huyền phù sẽ lắng xuống đáy bể tạo thành lớp bã
Nước trong theo gờ chảy tràn ra ngồi
- Lắng có chi phí rẻ hơn lọc (1/5)
- Bê lắng cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích
- Thường dùng để tách sơ bộ trước khi dùng phương pháp lọc hay ly tâm
- Vận tốc lắng phụ thuộc:

kích thước
khối lượng riêng
hình dáng hạt
lực tương hỗ giữa các hạt
nồng độ huyền phù
lực hút hoặc lực đẩy


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Các giai đoạn của quá trình lắng (Fitch)


Sự lắng của một hạt đơn chiếc:
Khi huyền phù quá lỗng, các
hạt lắng riêng lẻ. Vận tốc lắng
tính cho từng hạt độc lập

G=W+A

Vận tốc lắng chung:

4 dg (! r # !l )
ws =
3
"w ! l
Vận tốc lắng tính qua chuẩn số Re:

Re µ
ws =
d!l

Vận tốc lắng cho các hạt khơng cầu:

Re µ
ws = "
d td !l

d td = 3

6

"

Vk = 1,243

mk

!r


Lắng%dưới%tác%dụng%của%lực%ly%tâm
Vận tốc lắng của một hạt cầu trong nước tại 10 độ C


Vận tốc lắng của một khối hạt
Khi nồng độ huyền phù tăng, các hạt không
lắng riêng lẻ mà cản trở lẫn nhau, lắng theo
khối
Vận tốc lắng không phụ thuộc vào dạng hạt:

(
# r $ #l )g 2
w=
!
f"

f : bề mặt riêng
hệ số cấp γ phụ thuộc vào nồng độ của huyền phù
Với hạt dạng cầu:
2

" = 8,33µf

(1 # ! )
!2

d 2 (" r # "l )g 4
0,06! 4
w=
! = ws
2
2
(
)
(
)
300µ 1 # !
1# !

Vận tốc lắng của khối hạt phải tính đến sự giảm tốc độ
lắng, thể hiện qua hệ số K

w = ws K
K=

1" !r

µh

µ

K <1
µ! l
=
µh


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Kích%thước%cơ%bản%của%thiết%bị%lắng
Các vùng nồng độ trong bể lắng liên tục


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Đường làm việc

Kích thước cơ bản của thiết bị lắng


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực

Kích thước cơ bản của thiết bị lắng


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực

Kích thước cơ bản của
thiết bị lắng


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Kích thước cơ bản của thiết bị lắng


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Trợ lắng
-Q trình lắng khơng thực hiện được với Huyền phù lỗng, có kích thước hạt rắn
bé
- Sự kết khối của các hạt rắn có tác dụng tốt với quá trình lắng
-Sự kết khối các hạt nhỏ được tăng cường nhờ tác dụng của khuyấy trộn cơ (vận
tốc giới hạn là 0, 18 – 0,36 m/s)
-Để tránh sự tách khối, cần có sự kết hợp của sự tạo khối với quá trình lắng để đảm
bảo các khối tạo ra lắng hết xuống đáy

Chất trợ lắng
- Là các chất hoạt động bề mặt hoặc các chất làm thay đổi pH của huyền
phù: Các chất điện phân: axit, bazơ, muối…(sữa vôi, sô đa, nhôm, sunfat,
sắt, clorua sắt,..)
- Các loại sợi nhân tạo và tự nhiên như: sợi bông, xenlullô, tơ nhân tạo

Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Rửa bã

-Rửa bã để tách toàn bộ phần chất lỏng (chất tan) còn lại
trong bã.
-Là hệ thống các bể lắng mắc nối tiếp nhau: bã ở bể đầu
tiên được đưa vào bể thứ 2, ở đây cho thêm nước rửa vào
để rửa bã.
- Qua rửa, bã được làm loãng đến nống độ xấp xỉ nồng độ
huyền phù lúc vào bể đầu tiên
- Sau 3 -4 lần rửa, bã được làm sạch đến 97 -98%
- Để tiết kiệm nước, dùng nguyên lý rửa ngược chiều


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Rửa bã


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực

Sơ đồ rửa bã
ngược chiều


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Lắng nghiêng

Lắng nghiêng: quá
trình lắng xảy ra dọc
theo thành ống

- Nhanh hơn
- Bã dồn xuống dưới
tạo điều kiện cho nước
trong dâng lên


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực

Cấu tạo thiết bị lắng nghiêng:
- Nhiều phễu, hạt rắn sẽ lắng
trong phễu,
- Bã trượt trên phễu xuống đáy
- Nước trong theo ống tràn ra
ngoài
- Các phễu xếp song song nên
giảm được chiều cao lắng


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Thời gian lắng: t = h = H
0
w nw
Thời gian lưu của huyền phù :

V FH H
t1 = =
=
V1
V1
qF

F : bề mặt lắng
V : thể tích thiết bị lắng
qF : bề mặt riêng
V1 : lưu lượng huyền phù
Số phễu lắng: n+1

qF V1
Vận tốc lắng w =
=
n nF

H : chiều cao thiết bị H=nh


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Thiết bị lắng lấy bã liên tục


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Bể lắng có bộ phận nâng để tách bã

Phễu lắng

- Bể lắng: đơn giản nhất: thời gian lắng kéo dài. Chiếm khơng gian lớn, lắng bã cỡ
100µm
- Bể trịn: đường kính 30m
- Bể vng: 30 x 100m chiều sâu 2 – 5 m. đáy nghiêng để dễ tháo bùn
- Thời gian tháo nước: 2-4 giờ, vân tốc dòng chảy khuyấy bùn không quá 20mm/s

Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Thiết bị lắng có răng cào nhiều tầng


Lắng%dưới%tác%dụng%của%trọng%lực
Thiết bị lắng có răng cào nhiều tầng
- Bể trịn có đường kính: 2 – 120m bằng gỗ, kim loại, bê tông
- Đáy phẳng hoặc khum
- Hệ thống răng cào chuyển động với vận tốc 0,5 – 0,025 v/phút
- Huyền phù được cho liên tục vào bể
- Nước trong tháo qua cửa tràn phía trên
- Cơng suất lớn: 300tấn bã/ngày đêm
- Ứng dụng: công nghiệp luyện kim, khai thác quặng,
- Ưu điểm:
Rẻ tiền, vận hành thuận tiện
- Bể nhiều tầng bảo ơn tốt, đường kính 23m 7 tầng, cơng suất : 0,4 –
6kW