Bài giảng Kỹ thuật thu hồi và hoàn thiện sản phẩm: Chương 2 - Các phương pháp tách chất rắn

CHƯƠNG II. CÁC PHƯƠNG PHÁP
TÁCH CHẤT RẮN


Nội dung
2.1. Phương pháp lọc
2.2. Phương pháp lắng
2.3. Phương pháp li tâm
2.4. Phương pháp tuyển nổi


2.1. Phương pháp lọc
2.1.1. Định nghĩa:
Quá trình phân tách pha rắn khỏi pha lỏng dựa vào sự
khác nhau về kích thước qua lớp vật liệu lọc. Phần trong đi
qua màng gọi là dịch lọc (filtrate), phần rắn cịn lại dính trên
vật liệu lọc gọi là cặn lọc (filter cake)
• Động lực: chênh lệch áp suất
– Dùng bơm li tâm
– Hút chân không


2.1.2. Lý thuyết lọc - Định luật Darcy

Chất rắn giữ trên vật
liệu lọc (cặn lọc)

Vật liệu lọc

Dịch lọc

Lý thuyết lọc- Định luật Darcy
Tốc độ lọc dV/dt (m3/s)
V
A
ΔP
µ
rm
rc

thể tích dịch lọc (m3)
Diện tích bề mặt lọc (m2)
Chênh lệch áp suất (Pa)
Độ nhớt của dịch lọc (Pa s)
Trở lực của vật liệu lọc (m -1)
Trở lực của cặn lọc (m -1)

dV
A P
=
dt ( Rm + Rc ) 


Lý thuyết lọc- Định luật Darcy
Tốc độ lọc
• Tỉ lệ thuận với
– Diện tích bề mặt lọc
– Chênh lệch áp suất giữa 2 bên bề mặt lọc

• Tỉ lệ nghịch với

– Độ nhớt của chất lỏng
– Trở lực của vật liệu lọc và cặn lọc


Lý thuyết lọc- Định luật Darcy
• Trở lực cặn lọc Rc có 2 trường hợp
– Cặn khơng nén được
– Cặn nén được


Trở lực cặn lọc
V 
Rc =  c  
 A
• Trong đó c – khối lượng cặn trên 1 đơn vị thể tích
dịch lọc
• - Trở lực riêng trung bình của cặn lọc (cm/g)
→Thể tích dịch lọc tăng thì trở lực tăng


Trở lực cặn lọc – Cặn lọc khơng
nén được
• Khi phân tích q trình lọc thường dựa trên giả thiết
cặn lọc không nén được do vậy trở lực riêng  khơng
đổi.
• Thường, cặn lọc của q trình lên men nén được, do
vậy α thay đổi theo Δp


dV

AP
=
dt Rm +  c (V / A)
t
c  V  Rm
=
 +
V / A 2p  A  p
Đây là pt đường thẳng y=ax + b
a (s/cm2), b (s/cm)
Tuy nhiên trong thực tế ko phải đường thẳng do 
có thể tăng nếu cặn lọc bị nén


Thời gian (s)
V dịch lọc (mL)

26
100

96 197
200 300

342
400

537 692 989
500 600 690

Cho biết d vật liệu lọc hình trịn đường kính 8 cm,

µ=3.0 cp, ∆p=600mm Hg
Khối lượng cặn sau khi lọc=14g. Hãy tính
• và Rm
•Cho biết V=10000L khi A=10m2 ∆p=500mm Hg tính
thời gian lọc
•1cp=10-3 Pa s
•1mm Hg=133 Pa
Loc thuong.xlsx



 c

4.81* 2 * 600 *133
= 4.8119   =
2p
0.003 *14 / 690

= 1.26 *10 cm / g
Rm
4.26 * 600 *133
= 4.2597  Rm =
p
0.003
10

= 1.13 *10 cm
8

−1

 c
t
=
V/A
2p

 V  Rm

 +
p
 A
V   cV

t=
+ Rm  = 16.1h

pA  2 A



Phân tích q trình lọc dựa trên các giả thiết
sau :
• Cặn lọc khơng nén được do vậy trở lực
riêng khơng đổi. Thường, cặn lọc của q
trình lên men nén được, do vậy α thay đổi
theo Δp

Trở lực cặn lọc – Cặn lọc nén được

Trong đó
S- thông số nén được
’ – hằng số
Nếu cặn ko nén được S=0
Nếu cặn nén rất tốt S=1


Vật liệu lọc
• Yêu cầu vật liệu lọc
–
–
–
–

Đảm bảo độ tách
Bền cơ học
Ko bị ăn mịn
Trở lực thấp

• Thường dùng
– Vải (bơng, hóa học): dùng cho cặn kích thước 10 m
– Lưới kim loại: Ni, Cu, Al, thép... đòi hỏi ko bị ăn mịn và
khơng lọt các cặn cao: kích thước hạt nhỏ nhất bị giữ 5 m
– Các vật liệu xốp: silica, gốm, nhựa...


Cải thiện tốc độ lọc
• Tăng diện tích bề mặt lọc

• Tăng chênh lệch áp suất
• Giảm lượng cặn lọc
• Giảm độ nhớt chất lỏng
• Giảm trở lực riêng của cặn lọc
– Tăng độ xốp
– Giảm thơng số hình dạng của các hạt
– Giảm bề mặt riêng của các hạt


Các chất trợ lọc
• Chất trợ lọc là các chất rắn dạng hạt hay sợi có khả năng
hình thành cặn lọc có độ thẩm thấu cao
• Chất trợ lọc có mật độ thấp để giảm tối đa quá trình lắng
và giúp phân bố đều trên bề mặt chất lọc
• Xốp và có khả năng hình thành các cặn xốp để giảm tối
đa trở lực dịng chảy và khơng dính vào dịch trong


Các chất trợ lọc
• Có thể thêm vào dịch lọc hay đưa vào thiết bị lọc (phủ
trước trên vật liệu lọc)
• Phải bền hóa học và tương thích với sản phẩm
• Hay dùng: diatomit, perlite


Fermentation broth


•Trở lực riêng
giảm khi nồng

độ chất trợ lọc
tăng


Các yếu tố ảnh hưởng trở lực riêng của cặn lọc
•
•
•
•
•

Dạng VSV
Sự phân bố các hạt
pH
Thời gian lên men
Nhiệt độ dịch lên men


Thiết bị lọc
• Phân loại dựa vào động lực dịng chảy
– Áp suất
– Chân khơng
– Trọng lực

• Hình thức vận hành
– Gián đoạn
– Liên tục
– Bán liên tục

Lọc ép khung bản
• Lọc gián đoạn
• Cấu tao: gồm nhiều buồng lọc (các khung
được bọc vải hay giấy lọc)
• Vận hành:
– Chất lỏng được bơm vào trong khung
– Dịch lọc sẽ đi qua màng lọc và chảy vào ống gom
– Cặn lọc bám lại trên vải lọc cho đến khi khoảng trống
giữa 2 khung được điền đầy