CHƯƠNG 11.
LỌC
Lọc là quá trình phân riêng hệ không đồng nhất nhờ vật ngăn.
Ưu điểm của lọc so với lắng:
-
Phân riêng những hệ mà lắng không thực hiện được
-
Thời gian phân riêng nhanh
-
Độ Nm của bã sau khi lọc nhỏ
-
Thiết bị lọc ít chiếm diện tích so với lắng trong cùng năng suất
-
Quá trình làm việc ổn định
-
Vận hành đơn giản, ít sự cố
-
Làm việc ở áp suất thường, áp suất dư, áp suất chân không.
1. VẬT NGĂN
Vật ngăn gồm có vách ngăn và bã
1.1.
Vách ngăn
Có cấu trúc dạng xốp hoặc lỗ nhỏ, chế tạo từ những vật liệu khác nhau như từ kim loại,
vật liệu vô cơ, vật liệu hữu cơ.
Khi chọn vật liệu làm vách ngăn phải đảm bảo các tính chất sau đây: chịu được nhiệt
độ và áp suất, chịu tính ăn mòn của môi trường làm việc, giữ lại pha phân tán mà cho pha
liên tục đi qua, trở lực dòng chảy nhỏ, bền theo thời gian và dễ tìm kiếm, rẻ tiền
Vách ngăn được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau như: dập, khoan, ép, dệt
hoặc đan các loại sợi.
1.2.
Bã
Bã là yếu tố thứ hai tạo nên vật ngăn, tuỳ theo chất lượng của pha phân tán mà bã chia
ra làm hai loại là bã bị nén do áp suất và bã không bị nén do áp suất.
Bã không bị nén nghĩa là bã không bị biến dạng trong thời gian lọc, với loại này năng
suất lọc rất cao.
Còn bã bị nén thì ngược lại theo thời gian lọc bã càng đầy lên, trở lực càng tăng lên và
đến thời điểm nào đó thì quá trình lọc kết thúc
Bảng 11.1cho giá trị các hằng số và hệ số nén của một số loại bã tìm bằng thực
nghiệm
154
Bảng 11.1
Trở lực riêng của
bã theo thể tích
Huyền phù
Trở lực riêng của
bã theo khối lượng
m
kg
1
m2
Hydroxit nhôm – nước
Hydroxit crom – nước
Cacbonat magie – nước
Cacbonat canxi – nước
Tinh bột - nước
r0 ’
rm’
0,5.1010
4,29.1012
4,71.1012
0,69.1010
3,35.1010
Độ nén
của bã
S’
0,95
0,707
0,37
0,33
0
Trở lực riêng của bã tính:
• Theo thể tích
r0 = r0' .∆PS
'
(11 – 1a)
• Theo khối lượng
rm = rm' .∆PS
N
∆P: áp suất làm việc; 2
m
Với
'
(11 – 1b)
2. ĐỘNG LỰC QUÁ TRÌNH LỌC
Là tạo độ chênh lệch áp suất ∆P giữa hai phía vật ngăn.
∆P = P1 – P2;
N
m2
(11 – 2)
Tạo ∆P bằng ba phương pháp sau:
-
Áp suất thuỷ tĩnh
-
Áp suất dư
-
Áp suất chân không.
3. PHÂN LOẠI QUÁ TRÌNH LỌC
Có ba loại sau đây
-
Lọc thông dụng gồm có: lọc bề mặt (hay lọc tạo bã)
-
Vi lọc: lọc tách các phần tử rất bé
-
Lọc phân tử gồm có: siêu lọc, thNm thấu ngược, điện thNm tách.
-
Tương lai gần sẽ xuất hiện thêm phương pháp lọc nano, trong giáo trình này chỉ
giới thiệu phương pháp lọc bề mặt. Hình (H 11.1) là nguyên lý lọc bề mặt
155
4. TÍNH VẬN TỐC LỌC
Vận tốc lọc xác định bằng lượng nước lọc thu được trên một đơn vị diện tích bề mặt
lọc trong một đơn vị thời gian.
vℓ =
dV
m3
;
A.dt m 2 .s
(11 -3)
Trong đó: V: lượng nước lọc thu được; m3
A: diện tích bề mặt lọc; m2
t: thời gian từ đầu đến khi thu được V( m3) nước lọc; s
Phương trình (11 -3) viết theo dạng phương trình vi phân thực nghiệm của Darcy
∆P
dV
=
A.dt µ(R b + R vn )
(11 – 4)
Trong đó: µ: độ nhớt động lực của pha liên tục; Pa.s
1
R b : trở lực của bã;
m
1
R vn : trở lực của vách ngăn;
m
• Cân bằng vật chất cho quá trình lọc:
Ký hiệu:
Gh: Khối lượng huyền phù; kg
G0: khối lượng pha phân tán; kg
Gℓ: khối lượng pha liên tục; kg
Gb: khối lượng bã (cặn) sau khi lọc; kg
G: khối lượng nước sạch sau khi lọc; kg
• Theo khối lượng; kg
Gh = G0 + Gℓ
= Gb + G
156
; kg
Chia hai vế cho G0
1
G
1
= b+
G0 G0 G0
Gh
G
1
1
=m+
Xm
Cm
ρ
(11 – 5)
(11 – 6)
Lấy G = ρ.V
Ở đây C m =
G0
; là tỉ số lượng bã khô trên lượng huyền phù; kg/kg (%) hay còn gọi là
Gh
nồng độ pha phân tán trong huyền phù
Gb
là tỉ số lượng bã Nm trên lượng bã khô; kg/kg (%)
G0
G
X m = 0 ; tỉ số lượng bã khô trên thể tích nước lọc; kg/m3
V
ρCm
Rút ra:
Xm =
; kg 3
m
1 − mC m
1
Ub = 1 − ; %
m
m=
(11 – 7)
(11 – 8)
• Theo thể tích; m3
Vh = Vb + V ; m3
V
V
Chia hai vế cho V ta được: h = b + 1
V
V
Vh = V(X 0 + 1)
1
= Vb 1 +
X0
X0 =
Vb
tỉ số giữa thể tích bã Nm trên thể tích nước lọc; m3/m3 (%).
V
(11 – 9)
Hoặc tính theo:
1 m −1
X 0 = X m +
ρ
ρ
r
ρC m 1 m − 1
+
=
1 − mCm ρr
ρ
• Xác định trở lực của bã Rb
157
(11 – 10)
Trở lực của bã là một đại lượng phức tạp vì nó phụ thuộc vào quá nhiều yếu tố, có thể
sử dụng công thức thực nghiệm sau đây:
- Tính trở lực theo thể tích
R b = r0 .h 0 ;
Ở đây h0: chiều dày lớp bã; h 0 = X 0 .
r0: trở lực riêng thể tích của bã
1
m
(11 – 11)
V
;m
A
1
: là trở lực của lớp bã tạo thành có chiều cao h0 =
m2
1m
-
Tính trở lực theo khối lượng
R b = rm .g m ;
1
m
(11 – 12)
Ở đây gm: lượng bã khô tuyệt đối thu được trên 1m2 bề mặt lọc: g m = X m .
rm: trở lực riêng khối lượng của bã (
m
kg
V kg
;
A m2
) là trở lực của lớp bã khi trên 1m2 bề mặt
lọc tạo thành 1kg pha rắn khô tuyệt đối.
Cân bằng hai công thức trên ta có:
V
A
V
R b = rm .X m
A
Suy ra: r0.X 0 = rm X m
R b = r0 .X 0
(11 – 13)
Thế (11 – 3) vào (11 – 4) thì phương trình vi phân Darcy có dạng
dV
∆P
=
V
Adt
µ r0 X 0 + R vn
A
(11 – 14)
Ngày nay trong kỹ thuật người ta áp dụng quá trình lọc theo hai điều kiện sau đây
- Giữ áp suất lọc không đổi trong suốt thời gian làm việc gọi là lọc đẳng áp ∆P = const
- Giữ vận tốc nước lọc thu được không đổi trong suốt thời gian lọc gọi là lọc đẳng tốc
vℓ = const. phương pháp đẳng tốc bị hạn chế vì dễ bị xì do áp suất cao thiết bị khó làm kín và
bã nhanh bị nén chặt, quá trình lọc không ổn định.
5. PHƯƠNG TRÌNH LỌC
Để đơn giản hoá khi thành lập phương trình lọc ta giả thiết
• Dòng chảy qua vật ngăn là dòng chảy tầng
158
• Trở lực qua vách ngăn không đổi, tức là nó không bị méo mó biến dạng.
• Trở lực riêng của bã không đổi, r0 = const, tức là không bị nén
• Áp suất lọc không đổi; ∆P = const.
Từ phương trình (11 – 4) ta lấy tích phân, cận thời gian từ 0 đến t, và cận thể tích từ 0
đến V, sẽ có phương trình lọc.
2 R vn A
2∆P.A 2
V2 +
V=
t
(11 – 15)
r0 X 0
µr0 X 0
Về phương pháp tính năng suất lọc, từ phương trình (11 – 15) có hai phương pháp tính sau:
a) Tính theo lượng nước lọc riêng, q
V m3
;
m2
A
q 2 + 2Cq = Kt
Đặt q =
C=
R vn m 3
;
r0 X 0 m 2
K=
2∆P m 2
;
µr0 X 0 s
Ở đây:
(11 - 16)
C và K là những hằng số lọc đặc trưng cho trở lực của vật ngăn. Hai hệ số này thường
được xác định bằng thực nghiệm theo trình tự như sau:
Dụng cụ thí nghiệm gồm:
• Thì kế đo thời gian
• Một bình đo dung tích khoảng (3 ÷ 5) lít hoặc lớn hơn
• Một hệ thống thiết bị lọc hoàn chỉnh.
Từ phương trình (11 – 16) lấy đạo hàm hai vế theo q và t
q 2 + 2Cq = Kt
2qdq + 2Cdq = Kdt
(2q + 2C)dq = Kdt
dt 2
2
= .q + .C
dq K
K
(11 – 17)
Tiến hành thí nghiệm đo thể tích và thời gian lọc
Khi có: V1(ℓ) sẽ có t1 (s)
V2(ℓ) sẽ có t2(s)
V3(ℓ) sẽ có t3(s)
...
...
159
V1
V
V
; q 2 = 2 ; q 3 = 3 ;...
A
A
A
Lấy q 2 − q1 = dq1 tương tự t 2 − t1 = dt1
q 3 − q 2 = dq 2 tương tự t 3 − t 2 = dt 2
q 4 − q 3 = dq 3 tương tự t 4 − t 3 = dt 3
Tính q1 =
....
Lập tỉ số:
....
dt1 dt 2 dt 3 dt 4
;
;
;
;... chia tỉ lệ xích, rồi dựng các giá trị này theo phương
dq1 dq 2 dq3 dq 4
trình (11 – 17) trên giản đồ hình (H11 – 2)
2C
tính được
K
2
Hệ số góc tan α = tính được
K
Đoạn OA =
Suy ra giá trị hằng số C và K
b) Tính theo phương pháp trở lực tương đương qtd;
m3
m2
Là trở lực vách ngăn tương đương trở lực của lớp bã khi có bề dày lớp bã đạt htd
R vn ≈ h b ≈ r0 .h td
Phương trình có dạng:
Trong đó
(q + q td )2 = k (t + t td )
h
R
m3
q td = td = vn ;
X 0 r0 .X 0 m 2
t td =
R 2vn µ
;s
2∆P.r0 X 0
160
(11 – 18)
Nhận xét chung: khi giải theo phương trình (11 – 18) thì sẽ cho kết quả với sai số lớn,
thủ thuật để giải bài toán cũng phức tạp hơn. Do vậy nên giải toán theo (11 – 16) là tốt nhất.
6. XÁC ĐNNH, TÍNH TOÁN CÁC HẰNG SỐ VÀ CÁC THÔNG SỐ KHÁC
R vn
thay các thông số X0, Xm vào sẽ có:
r0 X 0
R vn (1 − mC m )
m3
C=
;
1 m −1 m2
r0ρC m +
ρ
ρr
Từ hằng số C =
2∆P(1 − mCm )
m2
;
1 m −1 s
µr0ρCm +
ρ
ρr
Nếu thế r0 X 0 = rm X m xem (11 -13)
2∆P
Và K =
=
µ.r0X 0
R vn (1 − mC m ) m 3
;
rm .ρC m
m2
2∆P (1 - mC m ) m 2
K=
;
µ.rm. .ρ.C m
s
Ta có: C =
Tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà ta có thể thay đổi hoặc chuyển vế công thức để tính các
thông số cần tìm. Dưới đây là tổng kết các thứ nguyên trong phương trình lọc
Đại lượng
K
C
r0
rm
h0
Thứ nguyên
m2
s
m3
m2
1
m2
m
kg
m
Đại lượng
X0
Xm
m
Cm
gm
Thứ nguyên
m3
;%
m3
kg
m3
kg
;%
kg
kg
;%
kg
kg
m2
Đại lượng
Rvn
Rb
Ub
∆P
q
Thứ nguyên
1
m
1
m
%
N
m2
m3
m2
Lưu ý: giáo trình này không giới thiệu quá trình lọc đẳng tốc và tính toán bã bị nén,
nhìn chung các thông số này rất phức tạp.
161
7. RỬA BÃ LỌC
Sau khi lọc, đôi khi người ta cần thu hồi bã để phục vụ vào một mục đích nào đó, thì bã
đó cần được rửa sạch. Rửa bã giống như một quá trình trích ly các chất hoà tan nằm lẫn
trong pha rắn chuyển vào nước rửa, về tính toán nó là một quá trình phức tạp.
Phương châm rửa bã là: “Làm sao tốn ít nước mà bã phải sạch, thời gian rửa phải ít,
nhanh, gọn”
Có hai phương pháp rửa thông dụng như sau:
-
Hoà bã vào trong nước rửa rồi đem đi lọc lại
-
Cho một dòng nước rửa chạy cùng chiều hoặc ngược chiều với bã cần rửa
Nồng độ của nước rửa sẽ thay đổi do nồng độ chất hoà tan lẫn vào trong đó, mối quan
hệ giữa chúng được biểu diễn bằng công thức thực nghiệm sau:
K.v.t
C c = C đ .e h 0 ; %
−
Trong đó
(11 – 19)
Cđ: nồng độ chất hoà tan trước khi rửa (nồng độ đầu)
v: vận tốc dòng nước rửa, chọn (0,5 ÷ 1) m/s
t: thời gian rửa bã; s
h0: chiều dày lớp bã; m
K: hằng số rửa bã xác định bằng thực nghiệm
Cc: nồng độ cuối của chất hòa tan sau khi rửa.
8. CHẤT TRỢ LỌC
Theo quy luật nếu vật ngăn giữ bã tốt thì trở lực lọc lại tăng lên và ngược lại, do vậy
khi huyền phù càng mịn thì năng suất lọc càng thấp, gặp trường hợp này thì phải áp dụng
thêm kỹ thuật bổ sung là thêm các chất trợ lọc.
Chất trợ lọc là một loại bột mịn, nó có nhiệm vụ tạo trên bề mặt lọc một lớp bã bổ
sung, qua đó làm tăng khả năng giữ pha rắn lại đồng thời làm giảm trở lực của nước lọc chảy
qua vật ngăn, làm cho nước lọc dễ dàng đi qua vật ngăn.
Bột trợ lọc có nhiều loại trên thị trường như: điatomic, perolit, amiăng, xenlulô, bột
than cây, mùn cưa, bột than hoạt tính v.v…
Khi chọn bột trợ lọc cần lưu ý các điểm sau đây:
• Tạo lớp bã xốp đều trên bề mặt lọc, kích thước lỗ xốp bé.
• Bề mặt riêng của bột phải nhỏ, kích thước hạt đồng nhất
• Bột không bị nén hoặc độ nén ép càng nhỏ càng lý tưởng
• Không hòa tan vào trong huyền phù.
162
Dùng bột trợ lọc có hai cách:
• Hòa trộn (2 ÷ 4)% bột vào huyền phù rồi đem đi lọc
• Phủ một lớp bột trợ lọc lên trên bề mặt lọc theo tỉ lệ (0,1 ÷ 0,75)
kg
bề mặt lọc
m2
tương đương bề dày lớp bột khoảng (1 ÷ 2) mm
Bảng 11.2: Giới thiệu các loại vách ngăn thông dụng
Nhiệt độ làm
Khối
Tên loại sợi
lượng riêng
việc (0C)
Dùng
Dùng
thời
thời
gian
gian
dài
ngắn
(kg/m3)
Tính chống ăn mòn trong môi trường làm việc
Axit
Kiềm
Rất xấu
Tốt
Chất Oxy
Dung
hóa
môi
Trung
Sợi bông
1520
65 ÷ 85
90÷95
Sợi len
1320
95÷100
120
Sợi Capron
1140
80÷90
120
Rất xấu
Rất tốt
Sợi Nitron
1170
120
150
Tốt
Trung bình
Tốt
920
85÷95
120
Rất tốt
Rất tốt
Tốt
Sợi
Polypropylen
Trung
Rất tốt
bình
bình
Trung
bình
Trung
bình
Sợi PVC,
Clorin
Rất tốt
Tốt
Tốt
Không
dùng
Tốt
Trung
1380 ÷1970
65÷70
80÷90
Rất tốt
Rất tốt
Rất tốt
axeton
bình Tốt
Steflon
Sợi bông
thủy tinh
2300
220
270
Rất tốt
2540
240
35
Tốt
Rất tốt
Trung bình
Nhìn chung dùng Steflon là tốt cho mọi môi trường làm việc
9. GIỚI THIỆU THIẾT BN LỌC BỤI
9.1.
Các thiết bị lọc bụi
9.1.1. Thiết bị lọc ướt
163
- xấu
Rất tốt
Rất tốt
Rất tốt
Rất tốt
Hình (H11.3) mô tả thiết bị lọc ướt, nguyên lý hoạt động như sau:
Dòng hỗn hợp bụi và không khí vào thiết bị 2 qua cửa số 1, chui qua tầng đệm 3. Mặt
khác bơm 4 bơm nước xối trên tầng đệm tạo màng, màng nước này lôi cuốn bụi rơi xuống
dưới đáy tạo thành bùn, còn không khí sạch theo cửa 5 thoát ra ngoài. Thiết bị này có cấu
tạo đơn giản, hiệu suất phân riêng cao.
9.1.2. Thiết bị lọc khô
Hay còn gọi là thiết bị lọc túi vải (xem hình H11.4)
Nguyên lý hoạt động: Dòng hỗn hợp không khí và bụi đi vào thiết bị 2 qua cửa 1,
chúng chui qua lớp lưới phân phối 3 vào bên trong các túi vải 4. Bụi bị giữ lại bên trong túi
vải, còn không khí sạch thoát ra ngoài túi vải và tập trung ra cửa số 5. Khi đầy bụi thì thiết bị
164
ngưng hoạt động và được cơ cấu rũ bụi 6 rung, bụi rơi xuống đáy thiết bị đồng thời vít tải 7
dẫn bụi ra ngoài. Thiết bị này có thể làm việc gián đoạn hoặc liên tục, nếu liên tục thì các túi
vải thay phiên nhau để rũ bụi.
Đường kính trung bình túi vải từ 0,2 ÷ 0,4 m
Chiều dài túi vải 2 ÷ 4 m
Trở lực qua các túi vải: ∆P = A1.v n ; N 2
m
A1 = (0,025 ÷ 0,035) là hệ số thực nghiệm
Với
n = (1,25 ÷ 1,35) chỉ số mũ.
Thực tế
∆Pmax = (0,05 ÷ 0,4).105 ; N
m2
, nếu cao hơn thì túi vải sẽ bị rách.
A
; túi
(11 – 20)
π.D.ℓ
A: diện tích bề mặt lọc; m2
Trong đó
D: đường kính trung bình túi vải; m
l: chiều dài (cao) túi vải; m
Thiết bị này ứng dụng nhiều trong các xí nghiệp xay xát, chế biến thực phNm, các xí
nghiệp sản xuất bột hóa chất, xí nghiệp sản xuất ximăng
Số túi vải xác định: n =
9.2.
Thiết bị lọc hệ lỏng không đồng nhất (huyền phù)
9.2.1. Thiết bị lọc khung bản - Lọc ép
Nguyên lý hoạt động: Bơm 2 nhập liệu vào khung 5, áp suất làm việc được chỉnh bằng
van hoàn lưu 3, nước lọc thoát ra theo bản 5’ ra vòi 9 rồi tập trung dưới máng chứa nước lọc
8. Khung bản được ép chặt nhờ cơ cấu ép 6 có thể ép bằng tay hoặc máy ép thủy lực. Toàn
bộ thiết bị được định vị trên bốn chân 7. Nếu không cần rửa bã thì van (b) luôn luôn đóng,
nếu bã sau khi lọc cần phải rửa thì đóng van (a) và mở van (b)
165
Sau mỗi chu kỳ lọc thì tháo khung bản ra và mang vải lọc giặt sạch. Loại thiết bị lọc
khung bản này cho phép lọc tốt các loại huyền phù nhưng không lọc được nhũ tương vì hiệu
suất thấp.
Hình H11. 6a mô tả cấu trúc khung bản và hình H11. 6b mô tả sự lắp ghép giữa khung
bản và vải lọc.
Trên mặt bản tạo các ô vuông, kích thước cỡ (1 x 1) cm gọi là hình hạt lựu, nước lọc
theo rãnh hình hạt lựu đó sẽ thoát ra theo đường số 9 xem hình (H11.5) hoặc (H11.6a) và
(H11.6b). Thiết bị này chỉ làm việc gián đoạn.
A
Số lượng khung bản: n =
; cái
(11 – 21)
2.n.a.a
Ở đây
A: diện tích bề mặt lọc; m2
a: cạnh của khung bản; m
h: hình (H11.6a) bề dày khung bản; m. Chọn bề dày từ (10 ÷ 40) mm
2: là hai phía bản
Gọi n là số lượng khung, thì số lượng bản là (n + 1), vì hai đầu là hai bản.
166
9.2.2. Máy lọc chân không thùng quay
Là loại máy lọc làm việc liên tục. Huyền phù nhập vào liên tục, bã và nước lọc lấy ra
liên tục.
Nguyên lý hoạt động (xem hình H11. 7): Huyền phù chứa trong bể 1, thùng quay số 2
nhúng chìm một góc ϕ trong bể huyền phù đó. Thùng quay cấu trúc hình trụ đường kính
khoảng (1 ÷2) m, chiều dài (1,5 ÷ 4) m, trên thân thùng người ta tạo rất nhiều lỗ nhỏ kích
thước lỗ từ (2 ÷5) mm. Bên trong không gian thùng tạo thành các ngăn để hút chân không số
7, thường là từ (12 ÷24) ngăn, ứng với mỗi ngăn sẽ có một đường hút chân không, khi phần
thùng ngập vào trong bể huyền phù thì nước lọc chui qua lỗ lọc trên thân thùng sẽ vào ngăn
chân không và theo đường hút chân không số 6 về bể chứa.
Đến công đoạn cần rửa bã ứng với góc quay của thùng ϕr, nước rửa từ vòi 3 sẽ thực
hiện khâu rửa sạch bã, kế đến là vùng sấy khô bã góc ϕs, cuối cùng là vùng cạo bã ứng với
góc ϕcb, bã liên tục lấy ra nhờ dao cạo bã 4. Tại vùng sấy bã là ngưng hút chân không, thay
vào đó là dòng khí nóng. Để tránh sự phân lớp của huyền phù dùng cánh trộn 5.
Máy lọc chân không thùng quay có ưu điểm lớn là năng suất lọc rất cao, dễ vận hành tự
động theo chương trình cài đặt sẵn, nhược điểm là không phân riêng được nhũ tương, giá
thành cao.
Ngoài ra có một số máy lọc khác như máy lọc chân không băng tải, thiết bị lọc ống v.v.
trong phạm vi giáo trình này không cho phép giới thiệu hết được.
167
10. BÀI TẬP
Bài 1: Huyền phù là một chất bột rắn trong nước có khối lượng riêng ρr = 3000 kg/m3
và nồng độ khối lượng Cm = 10% được lọc bằng thiết bị khung bản kích thước (0,85 x 0,8 x
1
0,025)m với 40 khung. Biết trở lực vách ngăn Rvn = 1,138.1012 m , trở lực riêng thể tích của
bã r0 = 10,95.10
15
1
m 2 , độ Nm bã lọc Ub = 40%, độ nhớt động lực của nước µ = 1cP, lọc áp
suất không đổi ∆P = 3,5at và ρnước = 1000 kg/m3. Hỏi:
1. Thời gian bắt đầu lọc đến lúc đầy bã?
2. Xác định khối lượng huyền phù cần lọc từ đầu?
Bài giải
• Từ phương trình lọc (11- 16) ta có: q2 + 2Cq = Kt
Suy ra: t =
q 2 + 2Cq
;s
K
(1)
Vấn đề ở đây là đi tìm q, C và K
Trước tiên tìm
C=
R vn m 3
;
r0 X 0 m 2
(2)
ρC m 1 m − 1
+
1 − mC m ρ r
ρ
(3)
Mà
X0 =
Thế m =
1
vào (3) ta được
1 − Ub
1
−1
1000.0,1 1
1 − 0,4
X0 =
+
= 0,12
1
3000
1000
1−
.0,1
1 − 0,4
Thế vào (2):
C=
Tiếp theo tìm: K =
1,135.1012
−4
10,95.1015.0,12
= 8,64.10 ;
m3
m2
2∆P m 2
;
s
µ.r0 .X 0
(4)
2.3,5.105
m2
Thế số vào (4): K = − 3
= 5,23.10 ;
s
10 .10,95.1015.0,12
−7
Cuối cùng ta tìm q
168
V m3
;
m2
A
A = 2.40.0,85.0,85 = 57,8 m 2
A 0,025 57,8
V = h0.
=
.
= 6,02m 3
X0
2 0,12
Ta có q =
(5)
Công thức (11 – 11)
(Vì bề dày đầy bã là kể cả 2 phía bản, nên chia cho 2).
Thế vào (5): q =
3
6,02
= 0,104; m 2
m
57,8
Mang các giá trị này thế vào (1) ta được:
(
0,104)2 + 2.8,64.10 − 4.0,104
t=
= 21024s
5,23.10 − 7
Đáp số: t = 5,84 giờ
• Để xác định lượng huyền phù từ đầu là Gh; kg xem (11 -5) và (11 – 6)
Ta có: C m =
G0
G
⇒ G h = 0 ; kg
Gh
Cm
Trong đó
Cm = 10%
(6)
Gb
m
G b = ρ b .Vb
1 Ub 1 − Ub
Cụ thể là:
=
+
xem (1 – 2c) hoặc (10 – 5)
ρb ρr
ρ
1
⇒ ρb =
= 1366,67; kg 3
0,4 1 − 0,4
m
+
3000 1000
Thế vào (8): G b = 1366,67.Vb
G0 =
Vb = X 0 .V = 0,12.6,02 = 0,7224 m 3 , công thức (11-9)
Thế vào (9): G b = 1366,67.0,7224 = 984kg
984
Thế vào (7): G 0 =
= 590 kg
1
1 − 0,4
Thế vào (6): G h =
590
0,1
= 5900 kg
Đáp số: t = 5,84 giờ, Gh = 5900 kg
169
(7)
(8)
(9)
Bài 2: Thiết bị lọc khung bản gồm 10 khung lọc kích thước (0,5m x 0,5m) lọc với áp
suất không đổi ∆P = 3at. Biết trở lực vách ngăn Rvn = 109
= 1012
1
m2
1
m
, trở lực riêng thể tích của bã r0
và tỉ số thể tích bã Nm trên nước lọc X0 = 0,02, độ nhớt động lực của nước là pha
liên tục µ = 1cP. Hãy tính bề dày lớp bã khi đạt vận tốc nước lọc là vℓ = 0,05 m/s.
Bài giải
Phương trình lọc có dạng: q + 2Cq = Kt
Đạo hàm 2 vế theo q và t [xem (11 – 17)]: 2qdq + 2Cqdq = K.dt
dq
K
2(q + C).dq = K.dt ⇒
(1)
=
= vℓ
dt 2(q + c )
2.3.10 5
m2
Trong đó: K =
= 0,03
s
10 − 3.1012.0,02
10 9
m3
C=
= 0,05
1012.0,02
m2
0,03
= 0,05 = v ℓ
Thế vào (1):
2(q + 0,05)
2
⇒ q = 0,24 m
Mặt khác từ q =
3
m2
V
⇒ V = A.q = 0,24.2.0,5.0,5.10 = 1,2m 3
A
Vb
⇒ Vb = V.X 0 = 1,2.0,02 = 0,024m 3
V
0,024
= 0,0024m 3
Với lượng bã một khung là: Vb1k =
10
Và từ: X 0 =
Vậy chiều cao lớp bã tính được:
0,0024 = 0,5.0,5.h ⇒ h =
0,0024
= 9,6mm
0,25
Đáp số: h = 9,6 mm
170
11. CÂU HỎI ÔN TẬP
1. So sánh ưu nhược điểm của lắng và lọc?
2. Vật ngăn là gì?
3. Động lực quá trình lọc là gì? Phân loại lọc?
4. Cân bằng vật chất quá trình lọc?
5. Tính vận tốc lọc?
6. Phương trình lọc. Các phương pháp tính năng suất lọc?
7. Trình tự thực hành thí nghiệm tính hằng số lọc?
8. Lúc nào bã lọc cần phải rửa. Sự thay đổi nồng độ nước rửa?
9. Lúc nào mới dùng chất trợ lọc, chất trợ lọc có những tính chất gì?
10. Nguyên lý cấu tạo các thiết bị lọc bụi?
11. Nguyên lý cấu tạo các thiết bị lọc huyền phù?
171