Phân riêng bằng vật ngăn

LOGO
Phân riêng hệ không đồng nhất
bằng vật ngăn
KỸ THUẬT PHÂN RIÊNG
1
LOGO
NỘI DUNG
Các khái niệm cơ bản
1
Động lực quá trình lọc
2
Vận tốc lọc và phương trình lọc
3
Ưu nhược điểm và ứng dụng
4
Các máy và thiết bị lọc
5
Tính toán thiết bị lọc
6
2
LOGO
3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Hệ khí không
đồng nhất:
Lọc là quá trình
cho hỗn hợp khí –
bụi đi qua vách
ngăn xốp, các hạt
bụi được giữ lại
trên bề mặt vách
ngăn, còn khí sạch

đi qua.
Quá trình
Lọc
Hệ lỏng không
đồng nhất:
Quá trình lọc chỉ áp
dụng cho hệ huyền
phù, không áp dụng
cho hệ nhũ tương.
Hạt rắn được giữ lại,
nước lọc đi qua vách
ngăn.
Phân riêng hệ không đồng nhất nhờ vật ngăn còn được gọi là
quá trình lọc; dùng đối với cả hệ khí và hệ lỏng không đồng nhất.

3
LOGO
3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN (TIẾP)
4
Sơ đồ nguyên lý quá trình lọc
LOGO
3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN (TIẾP)
Bộ phận quan trọng của quá trình lọc là vật ngăn.
Vật ngăn bao gồm: Vách ngăn và bã.
Trong quá trình lọc, trở lực của vật ngăn tăng dần lên do
lượng bã càng ngày càng nhiều, còn chiều dày vách ngăn
không thay đổi.

5
LOGO

3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN (TIẾP)
Để tiến hành lọc một hệ khí hay lỏng không đồng nhất bất kì có
thể dùng rất nhiều loại vách ngăn khác nhau.
Vách ngăn
- Dạng hạt: cát, đá, sỏi, than.
- Dạng bông, sợi đay, sợi tơ nhân tạo
- Dạng tấm lưới như lưới kim loại
- Dạng vật xốp như: sứ xốp, thủy tinh xốp, cao su xốp
6
LOGO
3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN (TIẾP)
 Khi lựa chọn vách ngăn phải dựa vào các đặc tính hóa lý
của các pha trong hệ không đồng nhất cần phân riêng
để đảm bảo được các yếu tố sau:
Lựa chọn vách ngăn
- Chỉ cho một lượng rất nhỏ các hạt rắn có đường kính nhỏ lọt
qua vách ngăn
- Khó bị làm bẩn, làm tắc các lỗ mao quản, dễ tái sinh
- Đảm bảo độ bền nhiệt độ, độ bền hóa học và độ bền cơ học
- Khó cháy nổ
7
LOGO
3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN (TIẾP)
Đối với hệ lỏng không đồng nhất:
Phân loại vách ngăn
- Phân loại theo nguyên tắc tác dụng:
- Phân loại theo cấu trúc:
+ Vách ngăn lọc bề mặt
+ Vách ngăn lọc bề sâu
+ Vách ngăn lọc uốn được

+ Vách ngăn lọc không uốn được
8
LOGO
3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN (TIẾP)
Đối với hệ khí không đồng nhất:
Phân loại vách ngăn
Cũng sử dụng các loại vách ngăn tương tự như trong hệ lỏng
không đồng nhất.
Vách ngăn thường được làm từ các sợi tự nhiên hay sợi tổng hợp
tạo thành các túi hình trụ, hình nón, hay hình hộp. Thường dùng
nhất là loại D= 150 ÷ 400 mm, L = 2400 ÷ 3000mm. Phổ biến
nhất là loại có tỷ số L/D=16/1
Phụ thuộc vào loại sợi, kích thước sợi, vật liệu làm sợi và cách dệt
mà có rất nhiều loại vải lọc khác nhau.
9
LOGO
3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN (TIẾP)
Bã là thành phần thứ hai tạo nên vật ngăn, và quan trọng
không kém vách ngăn.
Bã lọc
Dựa vào cấu đặc tính của pha rắn, bã lọc được chia làm hai loại:
Bã lọc không bị nén ép và bã lọc bị nén ép
(1)Bã lọc không bị nén ép (bã lọc chịu nén ép) bao gồm các
hạt không bị biến dạng (chủ yếu là các hạt ở dạng tinh
thể) phân bố tạo thành các lỗ có kích thước không đổi thi
thay đổi độ lớn của động lực lọc (áp suất lọc)
(2)Bã lọc bị nén ép (bã lọc không chịu nén ép) bao gồm các
hạt bị biến dạng (chủ yếu là các hạt vô định hình). Khi
tăng động lực lọc (áp suất lọc) thì thể tích bã giảm xuống
(do các ống mao quản bị thu hẹp lại), do đó trở lực riêng

của bã tăng lên và vận tốc lọc sẽ giảm dần.
10
LOGO
3.2 ĐỘNG LỰC QUÁ TRÌNH LỌC
Để thực hiện quá trình lọc cần phải tạo ra độ chênh lệch áp
suất giữa hai phía của vật ngăn. Độ chênh lệch áp suất đó
gọi là động lực của quá trình lọc.


Động lực này được tạo ra bởi:


Áp suất thủy tĩnh
Bơm chất lỏng hoặc nén khí
Hút chân không
Động lực
quá trình lọc
11
LOGO
3.3 VẬN TỐC LỌC VÀ PHƯƠNG TRÌNH LỌC (TIẾP)
Vận tốc lọc
Vận tốc lọc là lượng nước lọc đi qua một đơn vị diện tích bề mặt
lọc trong một đơn vị thời gian và được biểu diễn bằng công thức:
 =


[

/


. ]
Lượng nước lọc đi qua vật ngăn được biểu diễn theo phương trình
sau:
 =
. 

. . . . 
8. . 
[m

]
Như vậy ta có vận tốc lọc:
 =

. 
=
. 4. 
8. . 
[ m

/m

s]
12
LOGO
3.3 VẬN TỐC LỌC VÀ PHƯƠNG TRÌNH LỌC (TIẾP)
Vận tốc lọc
Vì quá trình lọc là một quá trình liên tục, nên ta có thể viết:
 =
. 



. 

. 

8. . 

. 

=
. 


. 

. 

8. . 

. 


[ m

/m

s]
Đặt:
Sau khi biến đổi ta được:

8. 

. r


. n


= 

[ 1/m

]
8. 

. r


. n


= 

[ 1/m

]
 =

. 


. 

+ 

. 


[ 

/

]
13
LOGO
3.3 VẬN TỐC LỌC VÀ PHƯƠNG TRÌNH LỌC (TIẾP)
Vận tốc lọc
Ta đặt: ρ1.h1 = ρ1.htđ
Htđ- chiều dày tương đương của lớp bã có trở lực bằng trở lực của
vách ngăn.

Cuối cùng ta có:
Lưu lượng tức thời của nước lọc có thể xác định theo công thức:
 =
. 



+ 

[m


/m

]


=
. 




+ 

[m

/s]
14
LOGO
3.3 VẬN TỐC LỌC VÀ PHƯƠNG TRÌNH LỌC (TIẾP)
Vận tốc lọc
Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc lọc:

- Vận tốc lọc tỉ lệ thuận với động lực của quá trình lọc
- Vận tốc lọc tỷ lệ nghịch với độ nhớt của pha lỏng
- Vận tốc lọc tỷ lệ nghịch với trở lực của bã
- Vận tốc lọc tỷ lệ nghịch với chiều dày của lớp bã theo
chiều tăng của thời gian lọc
- Trở lực vách ngăn cũng ảnh hưởng đến vận tốc lọc
15

LOGO
3.3 VẬN TỐC LỌC VÀ PHƯƠNG TRÌNH LỌC (TIẾP)
Thiết lập phương trình lọc tức là thiết lập phương trình để tính
thời gian lọc hay tính lượng nước lọc sau 1 khoảng thời gian.


Tính năng suất lọc và thời gian lọc bằng cách tích phân
phương trình trên với:
Ta được:
Phương trình lọc


=
. 




+ 

[m

/s]
h
2
=





và h
tđ
=






→


=




 



16
LOGO
3.3 VẬN TỐC LỌC VÀ PHƯƠNG TRÌNH LỌC (TIẾP)
 Lọc với động lực quá trình lọc không đổi: ΔP = const


Công thức tính thời gian lọc là:
Công thức tính lượng nước lọc sau thời gian
τ:

Phương trình lọc
τ = b
1
(V
2
+ 2V
0
V) [s]
V = (V
0
2
+



)
0,5
– V
0
[m
3
/m
2
]
17
t/V
Độ dốc a
V
b
t

s
/V
s

V
s

baV
V
t
+=
LOGO
3.3 VẬN TỐC LỌC VÀ PHƯƠNG TRÌNH LỌC (TIẾP)
 Lọc với vận tốc lọc không đổi: W = const


Để giữ cho vận tốc lọc không đổi ta phải tăng dần động
lực lọc để thắng trở lực do lớp bã ngày càng dày lên.
Thời gian lọc được xác định theo công thức:
Phương trình lọc
τ = 2b
v1
(V
2
–V
0
V) [s]
Thể tích nước lọc xác định như sau:
V = [(0,5V
0

)
2
+



] – 0,5V
0
[m
3
/m
2
]
18
∆p
Độ dốc a
1
v
Thời gian, t
b
1
v
vbtvap
1
2
1
+=∆
LOGO
3.4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG
- Khả năng làm sạch nhanh và cao so với một số phương

pháp làm sạch khác.
-Thiết bị lọc chiếm ít diện tích.
- Hàm lượng ẩm trong bã khô khi phân riêng huyền phù rất
nhỏ (nhỏ hơn 5%).
- Làm việc ở áp suất thường, áp suất chân không hoặc áp
suất dư.
- Làm sạch được các hệ không đồng nhất có nhiệt độ cao và
có tính ăn mòn hóa học.
- Có khả năng tự động hóa hoàn toàn quá trình làm sạch.
- Quá trình làm việc ổn định, ít phụ thuộc vào sự thay đổi các
tính chất lý-hóa của các pha.
- Vận hành đơn giản.


19
 Ưu điểm
LOGO
3.4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG (TIẾP)
- Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là đắt tiền.
- Mặt khác nếu pha rắn là các chất vô định hình (không có
cẩu trúc tinh thể) thì việc tăng cường quá trình lọc rất khó,
năng suất thiết bị rất thấp.


20
 Nhược điểm
LOGO
3.4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG (TIẾP)
Phân riêng hệ không đồng nhất theo phương pháp lọc được
ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác

nhau: hóa chất, thực phẩm, luyện kim, dược phẩm, vật
liệu xây dựng… và nhiều ngành công nghiệp tương tự.


21
 Ứng dụng:
LOGO
3.5 CÁC MÁY VÀ THIẾT BỊ LỌC
 Tháp đệm
:


- Để tăng hiệu suất
 phun nước từ phía
trên.
- Vì vậy, có thể xếp
tháp đệm vào loại
thiết bị làm sạch bằng
phương pháp ướt.
- Nguyên lý làm việc:
tương tự tháp hấp
thụ.
22
- Cấu tạo: Thiết bị
dạng trụ, bên trong có
chứa lớp vật liệu rỗng.
LOGO
3.5 CÁC MÁY VÀ THIẾT BỊ LỌC (TIẾP)
 Lọc túi (lọc bụi tay áo)
:

- Là loại thiết bị được dùng
phổ biến trong công
nghiệp.
- Cấu tạo: Phần lọc (các
túi lọc), phần rũ bụi.
- Ưu điểm: hiệu suất làm
sạch rất cao cả với khí có
nồng độ bụi nhỏ.

- Nhược điểm: Tuổi thọ
vải lọc thấp.
23
LOGO
3.5 CÁC MÁY VÀ THIẾT BỊ LỌC (TIẾP)
 Thiết bị lọc bằng vách ngăn xốp


- Cấu tạo: gồm nhiều ống
xốp bắt chặt trên hai vỉ ở
hai đầu ống.
- Ưu điểm: Làm việc được
ở nhiệt độ cao, không bị
ăn mòn.

- Nhược điểm: Chỉ thích
hợp với khí có nồng độ bụi
cao.
24

LOGO
3.5 CÁC MÁY VÀ THIẾT BỊ LỌC (TIẾP)
 Máy lọc ép khung bản


- Công dụng: Lọc
huyền phù mịn,
keo với hàm
lượng pha rắn
vào loại trung
bình và nhỏ.
- Ưu điểm: Động lọc quá trình lớn, bề
mặt lọc trên một đơn vị diện tích máy
lớn.
- Nhược điểm: Làm việc gián đoạn,
thao tác bằng tay, thời gian phụ lớn,
vải lọc chóng hỏng.
25