Bài giảng Quá trình thiết bị công nghệ hóa học: Chương 5 - 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


Máy$ly$tâm
Máy$ly$tâm
Khái niệm cơ bản
Phân riêng hệ lỏng không đồng nhất bằng phương pháp (lực ly tâm )
Phương pháp ly tâm có thể tiến hành bằng:
- Xyclon lỏng
Huyền phù được đưa vào xyclon với vận tơcs lớn theo phương tiếp tuyến, chuyển
động xốy trịn, được phân riêng nhờ chênh lệch khối lượng riêng
- Máy lắng ly tâm
Lắng trong trường lực ly tâm với thùng liền không đục lỗ
dùng phân riêng hệ có chênh lệch khối lượng riêng
Lắng ly tâm gồm 2 quá trình vật lý: lắng hạt rắn và nén bã
Máy lọc ly tâm
Lọc trong trường lực ly tâm với thùng liền có đục lỗ
Lọc ly tâm gồm 3 q trình vật lý: tạo bã, nén bã và tách chất
lỏng còn lại trong bã
Ứng dụng của quá trình ly tâm:
- Làm sạch các chất lỏng khác nhau
- Tách các hạt rắn ra khỏi dung dịch
Phân riêng đường kính và mật rỉ, tách dung mơi và hợp chất lỏng cịn lại trong bột PVC,…

Máy$lắng$ly$tâm
Máy$lắng$ly$tâm

Yếu tố phân ly Kp

Dung dịch trong thùng quay theo thùng do chịu
tác dụng của lực ly tâm
Pz = mb

b = r! 2
u !n
"= =
r 30

m:
r:
u:
ω:
b:

2

D'! $
!2 2
b= % " =
n D
2 & 30 # 1800

Pz =

2

2mu
D
= m! 2 = mr! 2
D
2

Khối lượng cửa vật thể chuyển động, kg
Bán kính chuyển động, m
Vận tốc vịng, m/s
Vận tốc góc, v/ph
Gia tốc, m2/s

Yếu tố phân ly: tỉ lệ giữa lực ly tâm và trọng lực

Pz b " 2 n 2 D
rn 2
KP =
= =
!
G g
g 1800 900
n: 4000 – 1500v/ph

Kp: 300 – 50000

"2
g

!1

"=

u !n
=
r 30


Bề mặt chất lỏng trong thùng
OM G
=
MK Pz
OM =

Pz =

G
r
Pz
2

Grn
900

OM =

900
n2

Phương trình đường Parabol:

Cụ thể:

2

& 30 #
2
y = 2$ ! x
% n "

y 2 = 2 Px
1 & 30 y #
x= $
!
2% n "

2

Tại điểm K

Pz dL r! 2
tg" =
=
=
G dr
g
Lấy tích phân

! dL =

"2
g

r! 2
dL =
dr
g

! rdr

L=

!2
2g

R2 + C

C: hằng số tích phân đặc trưng cho
điều kiện của điểm xét nằm phía trên
của gờ thùng


Bề mặt chất lỏng trong thùng
Bán kính phần đáy thùng khơng chứa chất lỏng

r0 =

_ C 2g

!2

Thể tích Parabol xoay trong thùng

Vx = !

L

o

(L " C )$ 2 g dL
2
#
2

# 2g L
Vx = 2
! LC
" 2
Thể tích phần thùng chứa chất lỏng

VF = VT ! Vx = R 2"L ! Vx
Mức chất lỏng trong thùng lúc đầu

Lx =

VF
!R

Vì

VF = R 2!L


Cấu$tạo$máy$ly$tâm
Phân loại máy ly tâm
Phân loại theo phương pháp phân ly: Máy ly tâm thường (Kp < 3500), ly tâm cao tốc
Phân loại theo công dụng:
Máy ly tâm dùng tách huyền phù có phan phân tán là hạt tinh thể hoặc tách nước của vật
liệu rắn ngậm nước
Máy ly tâm dùng phân riêng huyền p ù khó lọc hoặc lắng trong huyền phù có nồng độ
thấp
Máy ly tâm dùng phân riêng nhũ tương
Phân loại theo phương pháp tháo bã:
Tháo bã bằng tay, bằng vít tải, bằng dao cạo, băng thanh gạt thủy lực
Phân loại theo cấu tạo chỗ tựa:
Máy ly tâm kiểu đứng, kiểu treo
Phân loại theo vị trí của trục:
Máy ly tâm nằm ngang, thẳng đứng, nằm nghiêng
Phân loại theo phương thức làm việc:
Máy ly tâm làm việc gián đoạn hoặc liên lục


Máy$ly$tâm$làm$việc$gián$đoạn
Máy ly tâm ba chân
Thùng lọc có đường kính đến 1500mm
Kp= 430 - 965
Ưu điểm:
Làm việc ổn định

Nhược điểm:
Cạo bã bằng tay
ổ trục và bộ phạn truyền
động dễ bị ăn mòn


Máy%ly%tâm%làm%việc%gián%đoạn
Máy ly tâm ba chân
Vertical centrifuge

Ứng dụng
• Tách và rửa các vật liệu tinh thể và
vơ định hình thành phẩm cuối cùng
chỉ trong một thao tác
• Đã được sử dụng rộng rãi trong
ngành công nghiệp thực phẩm để
chế biến vật liệu kết tinh

/>

Máy%ly%tâm%làm%việc%gián%đoạn
Máy ly tâm ba chân
Vertical centrifuge
Thiết kế
• Nhiều loại kích cỡ có sẵn từ nhà máy
thí điểm lên đến 25 TPH
• Rổ gắn trục đứng quay với tốc độ lên
đến 2.200 vịng / phút để có hiệu quả ly
tâm tối ưu
• Chi phí bảo trì thấp do vận hành đơn

giản
• Lồng quay có thể thay thế

/>

Máy$ly$tâm$làm$việc$gián$đoạn
Máy ly tâm kiểu treo
Ưu điểm:
ổ trục và bộ phận truyền động khơng bị ăn
mịn
Tháo bã nhẹ nhàng, nhanh, làm việc chắc
chắn
Thùng quay có thể dao động tự do
Nhược điểm:…


Máy$ly$tâm$làm$việc$gián$đoạn
Máy ly tâm kiểu treo
Vertical Centrifuge

Prozess'Zentrifuge 800 - 3000 l/h | T 710

/>

Máy$ly$tâm$làm$việc$gián$đoạn
Máy ly tâm tự động cạo bã
Ưu điểm:
Cạo bã liên tục, không phải hãm máy, tiết
kiệm năng lượng
Nhược điểm:

Bã nát hơn cạo bằng tay


Máy$ly$tâm$làm$việc$gián$đoạn
Máy ly tâm đẩy bã bằng Pittông
Ưu điểm:
Làm việc liên tục
Bã ít bị nghiền nhỏ
Năng suất cao

Nhược điểm:
Nước lọc khơng trong
Tiêu hao năng lượng lớn
Lưới lọc dễ bị Pittông bào mòn


Máy$ly$tâm$cao$tốc
Đặc điểm:
Dùng phân riêng huyền phù mịn
hoặc nhũ tương cần độ phân ly lớn
Phân loại theo giói hạn vịng quay:
5000-10000 v/ph
14000 – 45000v/ph
Máy phân ly chất lỏng loại đĩa
Centrifugal Disk Separator
Ưu điểm:
Mức độ phân ly cao
Thể tích thùng lớn
Nhược điểm:
Cấu tạo phức tạp

Gia cơng khó
Cần chế tạo bằng vật liệu chống ăn mòn

LL light liquid Chất lỏng nhẹ
S Solids Chất rắn
S chất rắn
solids,, HL heavy liquid


Máy$ly$tâm$cao$tốc
Máy phân ly chất lỏng loại đĩa
Centrifugal Disk Separator

C3000 3D model

/>

Máy$ly$tâm$cao$tốc
Máy phân ly chất lỏng loại đĩa
Centrifugal Disk Separator

/>

Máy$ly$tâm$cao$tốc$loại$ống
Đặc điểm:
Dùng phân riêng huyền phù mịn,
hoặc nhũ tương cần độ phân ly lớn
Số vòng quay lớn:
14000 – 45000v/ph
Ưu điểm:

Mức độ phân ly cao
Cấu tạo gọn

Nhược điểm:
Làm việc gián đoạn
Tháo bã bằng tay
Dung tích nhỏ


Máy ly tâm cao tốc loại ống – Tubular5Centrifuge
Tubular Centrifuges are designed to
separate low percentages (<2%) of
suspended solids which are between
1 and 0.001 microns in size, and to
separate two immiscible liquids of
differing densities. Tubular
Centrifuges operate at high speed,
generating up to 20,000 gravities of
centrifugal force, causing solids to
collect inside the smooth bore of the
stainless steel tube where they are
easily recovered. Tubular
Centrifuges are an excellent
replacement for many traditional
filter and membrane applications
due to their high efficiency
(virtually no product loss) and small
footprint. Additionally, unlike
traditional filters, they never require
pre-coating or back-flushing and can

never clog.
/>

Máy ly tâm cao tốc loại ống – Tubular5Centrifuge
Phân riêng lỏng rắn
OPERATION: Up to 20,000 gravities of centrifugal force
cause suspended solids to migrate to the centrifuge tube
wall where they are retained. As the fluid travels up through
the tube, smaller solids eventually migrate to the wall and
the clarified fluid is discharged through the top center of the
tube.
FLOW: Fluid flow in and out of the centrifuge is continuous
while the solids are collected on the tube wall in a batchwise
manner. Flow rates may be as high as 700 gallons per hour
depending on particle size, density and required separation
efficiency.
SEPARATION EFFICIENCY: Solids capture of up to 99.9%
is possible depending on product characteristics and flow
rate.
SOLIDS HOLDING CAPACITY: Depending on centrifuge
size, solids holding capacities range from 122 cubic inches
(2 liters) to 1,525 cubic inches (25 liters). Solids holding
capacities for each model of tubular centrifuge are listed on
the back page.
/>

Máy ly tâm cao tốc loại ống – Tubular5Centrifuge
Phân riêng lỏng rắn

/>

Máy ly tâm cao tốc loại ống – Tubular5Centrifuge
Phân riêng lỏng - lỏng

OPERATION: Up to 20,000 gravities of force
drive the heavier fluid toward the tube wall while
the lighter fluid is displaced to the center of the
tube.
FLOW: Fluid flow in and out of the centrifuge is
continuous. In the illustration the heavier phase
discharges through the left outlet and the lighter
fluid discharges through the right outlet. If any
solids are present they will be collected on the
tube wall and may be removed periodically.
CAPACITY: Depending on the size of the
centrifuge and fluid characteristics, flow rates
over 1,000 gallons per hour are achievable.

/>

Máy ly tâm cao tốc loại ống – Tubular5Centrifuge
Phân riêng lỏng - lỏng

/>

Năng%suất%của%máy%lắng%ly%tâm
Năng suất lắng ly tâm
tính bằng lượng huyền phù đi vào máy trong một
đơn vị thời gian (l/h)
hoặc

tính bằng lượng bã thu được sau quá trình ly tâm
(kg/h)
Giả thiết: Thể tích chất lỏng bằng 50% thể tích thùng quay

VT = !R L
2

(

)

VF = " R 2 ! r12 L

(

)

0,5"R 2 L = " R 2 ! r12 L

1
VF = VT
2

r1 = 0,71R

VF = 0,5VT

rtb =

R + 0,71R

! 0,85R
2
0,85 Dn 2
KP =
1800

R: bán kính của thùng, m
r1: bán kính trong của lớp chất lỏng, m
L: chiều cao của thùng, m
VT : thể tích thùng, m3
VF : thể tích tchất lỏng trong thùng, m3
rtb : bán kính trung bình, m
Q : năng suất lắng tính theo huyền phù, m3/s


Năng%suất%của%máy%lắng%ly%tâm
Quãng đường lắng của hạt
rắn
Thời gian lắng của hạt rắn

R ! r1

"l =

Vận tốc trung bình của chất
lỏng
L " R 2 ! r12 L
#l =
=
wtb

Q

(

R ! r1 0,29 R
=
wz
wz
wtb =

)

Q
,m/ s
" R 2 ! r12

(

)

Năng suất lắng tính theo thời gian lắng

Q=

R: bán kính của thùng, m
r1: bán kính trong của lớp chất lỏng, m
L: chiều cao của thùng, m
VT : thể tích thùng, m3
VF : thể tích tchất lỏng trong thùng, m3
rtb : bán kính trung bình, m

Q : năng suất lắng tính theo huyền phù, m3/s

" (R # r )L 0,5VT
=
!l
!l
2

2
1

Tổng thời gian làm việc của máy lắng

! = ! l + ! m + ! h + ! tb
Năng suất lắng của máy lắng gián đoạn Q =

1
VF = VT
2

0,5VT

!

,m/ h

Q=

1800VT

!

,m/ s


Cyclon Lỏng * Hydrocyclone
Nguyên tắc cấu tạo
Gồm thân hình trụ và đáy hình nón cụt
Giữa thân hình trụ có lắp ống tâm để tạo dịng xốy của
chất lỏng nhiều hay ít
Huyền phù được đưa vào theo phương tiếp tuyến với thân
hình trụ có áp suất dư 0,3 đến 2 at
Trong thân hình trụ có huyền phù chuyển động quay với
vận tốc lớn nên gây lực ly tâm làm các hạt rắn văng ra
thành cyclone
Ở gần thành, các hạt rắn chuyển động theo đường xốy ốc
và đi xuống đáy nón
Chất lỏng (nước trong) và các hạt nhỏ cũng chuyển động
xoáy ốc ở tâm rồi theo ống tâm lên phía trên ra ngoài