Quá trình và thiết bị 1 bài tiểu luận máy ly tâm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP
THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 1 
 

TIỀM HIỂU VỀ MÁY LY TÂM


I. CƠ SỠ LÝ THUYẾT
II. PHÂN LOẠI MÁY LY
TÂM
III.ỨNG DỤNG CỦA
THIẾT BỊ LY TÂM


Phân riêng bằng
phương pháp
lắng

CƠ SỞ LÝ
THUYẾT
Phân riêng
bằng phương
pháp lọc

Phân riêng bằng
phương pháp ly
tâm

A. PHÂN RIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG
Khái niệm: lắng là quá trình phân riêng dựa vào sự khác
nhau về khối lượng riêng và kích thước của hai pha dưới tác
dụng của trọng lực.
Kết quả của quá trình lắng thu được pha liên tục là pha lỏng (nước
trong) hoắc pha khí (khí sạch) và pha phân tán dạng cặn lắng.


* NGUYÊN TẮC CẤU TẠO THIẾT BỊ LẮNG
Một không gian kín của khối lập phương chiều dài L, chiều rộng B và
chiều cao H với thể tích LBH. Dòng chảy của hỗn hợp vào thiết bị với
vận tốc dòng là vd. Giả sử một phần tử của phân tán cũng chuyển
động theo dòng với tốc độ nói trên
Khi vào không gian kín, với giá trị thích hợp của tốc độ dòng thì phân
tử hạt chịu tác dụng của lực trọng trường và rơi với tốc độ wo. Kết
quả là các phân tử pha phân tán chuyển động với tốc độ v; cho nên
khi dòng chảy đi hết quảng đường dài L, thì phân tử cũng rơi hết độ
cao H. Cuối cùng pha liên tục đi ra khỏi buồng lắng, còn pha phân
tán còn đọng lại trên bề mặt diện tích B.L


B. PHÂN RIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC


Lọc là quá trình được thực hiện để phân riêng các hỗn hợp nhờ một vật
ngăn xốp.



Vật ngăn xốp có khả năng cho một pha đi qua còn giữ pha kia lại, nên
được gọi là vách ngăn lọc.


HÌNH NGUYÊN TẮC LỌC
Cho huyền phù vào một bên vách ngăn rồi tạo ra bên trên bề mặt lớp huyền
phù áp suất P1, dưới tác dụng của áp suất pha liên tục xuyên qua các mao
dẫn trên vách ngăn chảy qua phía bên kia, còn pha phân tán bị giữ lại. Khi
kích thước pha phân tán lớn hơn kích thước mao dẫn, thì lớp bã tạo thành
trên bề mặt vách ngăn và người ta gọi là quá trình lọc tạo bã (H. a). Trường
hợp pha phân tán kích thước bé hơn mao dẫn bã được hình thành trong
mao dẫn và người ta gọi là quá trình lọc sâu.
 


Chênh lệch áp suất hai bên vách ngăn lọc được gọi là động lực cuả
quá trình lọc, tức là ∆P = P1 – P2
Động lực của quá trình có thể tạo ra bằng cách sau: dùng áp lực của
cột chất lỏng (áp suât thuỷ tĩnh), dùng máy bơm hai máy nén đưa
huyền phù vào (lọc áp suất) và dùng bơm chất không hút (lọc chân
không).


C. PHÂN RIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LY TÂM
Là quá trình phân riêng hỗn hợp hệ không đồng nhất hai pha rắn – lỏng hay
lỏng – lỏng hoặc nhiều pha thành những cấu tử riêng biệt dựa vào trường
lực ly tâm.
Lực ly tâm sẽ làm cho các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau phân lớp
theo hướng của gia tốc trường lực.
Thành phần có khối lượng riêng lớn sẽ tập trung ở vùng xa tâm nhất, còn

phần có khối lượng ruyên nhỏ nhất tập trung ở tâm.

Máy ly tâm


Phân loại máy ly tâm theo quá trình
phân ly:
I. Máy ly tâm lọc
1. Máy ly tâm làm việc gián đoạn
2. Máy ly tâm làm việc liên tục
II.Máy ly tâm lắng


I. Máy lọc ly tâm
Khái quát:
- Máy ly tâm lọc dùng để phân riêng huyền
phù có kích thước pha rắn tương đối lớn.
- Trên thành rôto của máy ly tâm lọc khoan
nhiều lỗ hoặc làm bằng lưới. Ðường kính
lỗ trên thành rôto thường trong giới hạn 38 mm. Bên trong thành rôto có lưới có kích
thước nhỏ để lọc được hạt các huyền phù.
- Nếu đường kính các hạt rắn 1-2 mm, thì
vách ngăn làm bằng thép tấm mỏng và
được khoan các lỗ nhỏ có đường kính
khoảng 1- 1,5 mm. Nếu các hạt rắn nhỏ
hơn nữa thì phải dùng lưới kim loại có lỗ
hình vuông với kích thước lỗ lưới 0,1-0,5
mm. Nếu kích thước hạt rắn nhỏ hơn dùng
lớp vải bằng sợi bông, sợi gai hoặc len v.v..
Hình Quá trình lọc ly tâm bằng lưới lọc

(vách ngăn lọc)


ƯU ĐIỂM:

- Có thể lọc được thể lỏng nhũ tương huyền phù. Phương pháp lọc bằng phin lọc và kết
lắng có thể đảm bảo được yêu cầu về chất lượng, nhưng thời gian rất chậm và độ lọc
không nâng cao được.
-Ngoài ra khi lọc bằng phương pháp phân ly ly tâm thì nó không chịu ảnh hưởng của
điều kiện bên ngoải (VD: như tàu nghiêng lắc khi lọc dầu trên thuyền khai thác).
Nhược điểm:
Phương pháp lọc bằng phân ly ly tâm còn một số hạn chế như hiệu quả lọc và khả
năng sử dụng máy lọc phụ thuộc rất nhiều vào trình độ vận hành của người khai
thác, đòi hỏi người vận hành phải có một chuyên môn và kinh nghiệm nhất định,
nếu không nó sẽ gây ra hậu quả không tốt trong quá trình khai thác như khi sử dụng
và điều chỉnh không đúng sẽ dẫn đến các trường hợp xấu như mất dầu hoặc lẫn
nước vào đường dầu sạch, lúc đó không đảm bảo được yêu cầu mà còn làm tăng tác
hại cho dầu ảnh hưởng lớn đến hệ động lực.


Nguyên lý hoạt động máy lọc ly tâm:
- Bất kỳ loại máy lọc ly tâm nào khác đều là nguyên lý lắng trọng lực. Bằng phương pháp
lắng trọng lực thông thường (dưới tác dụng của sức hút quả đất) thì quá trình tách pha diễn ra
rất lâu và nếu hai pha có trọng lượng riêng gần bằng nhau thì phương pháp này không hiệu
quả. Để tăng tốc quá trình tách pha (Dầu riêng, nước riêng, tạp chất cơ học riêng...) người ta
bắt các pha phải chịu một lực ly tâm, pha nào có tỉ trọng càng lớn thì càng bị lực ly tâm đẩy
ra xa trục quay hoặc gần với vách các nón lọc hơn. Nhiên liệu có tỷ trọng nhỏ nhất và chiếm
tỷ lệ nhiều nhất nên ở sát trục quay nhiều hơn. Để tách các chất lỏng ra người ta bố trí các lối
ra tại các đường kính trung bình của các pha....
- Trường lực ly tâm được tạo ra bằng cách cho thùng hình trụ xung quanh đường tâm của

mình, tương tự trường lực ly tâm của quá trình lắng
- Khi roto quay về mặt thoáng chất lỏng trong roto với bán kính R o. Trên thành roto lập
tức hình thành lớp bã và vách ngăn bay khỏi thành roto theo các lỗ đục sẵn.
- Lực ly tâm cực đại đạt được tại thành roto bán kính R.
C= mω2R=Ta có: v=R.ω ; G=mg=> m=G/ g
 C= =
- Diện tích bề mặt lọc của roto:
F = πdh = 2πRH
- Do đó áp suất lọc ly tâm:
∆PL= = = = . = ∆P.ф
 áp suất ly tâm bằng áp suất thủy tĩnh nhân cho yếu tố phân ly ф.


m : Khối lượng huyền phù trong roto (kg)
G : Trọng lực của chất lỏng
v : Vận tốc của chuyển động tròn đều
ω

: Tần số gốc của chuyển động tròn đều

ω = 2πf , với f: Số vòng quay của roto trong 1 giây. Đơn
vị: Hz=1vòng/s=1s-


1. Các máy ly tâm làm việc gián đoạn:
Máy ly tâm 3 chân:

Hình máy ly tâm làm việc gián đoạn tháo bã bằng dao
Đây là loại máy làm việc gián đoạn, có thể tháo bã bằng tay, bằng dao hoặc
bằng khí động.

Chức năng: thường dùng để ly tâm huyền phù chứa các hạt rắn nhỏ, trung
bình hoặc làm khô bã lọc.
Nguyên lý hoạt động: Máy gồm có rôto được bao bọc bởi vỏ. Thân máy gắn
với vỏ được đặt trên 3 lò xo cánh nhau 1200. Ðộng cơ lắp trên thân máy nối với
bánh đai ở phía dưới rồi truyền sang trục máy làm quay rôto.


Ưu điểm :có thể làm việc với tải trọng lệch tâm tương đối lớn nhờ có các lò xo
giảm chấn. Ðiểm treo của kết cấu nằm trên trọng tâm phần treo nên khi làm
việc máy rất ổn định. Trục máy ngắn nên máy gọn, chắc chắn, tiện lợi cho việc
tháo bã bằng tay.
Nhược điểm: ổ trục và bộ phận truyền động đặt ở dưới nên dễ bị ăn mòn hoá
học
b) Máy ly tâm kiểu treo:
Chức năng: Loại máy này dùng để phân riêng huyền phù mịn và trung bình, do đó nó thường
được dùng trong các nhà máy đường, nhà máy hoá chất, thực phẩm v.v..
Nguyên lý hoạt động:
Các bộ phận kết cấu chung của máy ly tâm kiểu treo gồm roto đứng và trục sợi, đầu trên của
trục được lắp vào gối hình cầu. Gối hình cầu được đặt cao hơn trọng tâm của hệ quay và là hệ
của các ổ lắc nằm trong cốc, được tựa tự do trên bề mặt cầu của vỏ bọc bộ dẩn động.
Lắp vỏ của bộ dẫn động trên thanh thép dọc hình chữ U. Dẫn động được thực hiện từ động cơ
nối với trục máy ly tâm qua khớp đàn hồi.
Nạp huyền phù từ trên vào máy ly tâm lọc khi số vòng quay của roto giảm, sau đó tăng số vòng
quay đến trị số lớn nhất, vắt , rửa và lại vắt chất lỏng. Trong các máy ly tâm lắng thì huyền phù
được nạp vào khi tốc độ quay của roto hoạt động. Dùng phanh đai gắn trong mũ của bộ dẫn
động để hãm máy ly tâm, cũng như dùng động cơ điện có kết cấu cho phép hãm khi quay
ngược chiều. Vỏ cũng là thùng để đựng phần lọc, từ đó được tháo ra qua khớp nối nằm ở dưới
đáy thùng. Máy ly tâm dạng ФПH không được bịt kín, chúng được trang bị roto có gờ trên đột
lỗ, bộ điều chỉnh mức tải trọng roto. Máy ly tâm OПH được trang bị thêm áo hơi để đun nóng.
Chất lọc được tháo ra khỏi roto một cách liên tục qua ống thải di động, còn cặn ( đạt được lớp

bề dày lớn nhất ) thì tháo gián đoạn vào thùng chứa khi giảm số vòng quay của roto đến 100


Đặc tính kỹ thuật của máy ly tâm ФПH và OПH

Ưu điểm của loại máy này là ổ trục và bộ phận truyền động không bị chất lỏng ăn mòn, việc
tháo bã tương đối nhẹ nhàng và nhanh hơn loại máy ly tâm ba chân.
Nhược điểm: Vì các máy ly tâm làm việc với số vòng quay rất lớn nên dù đã ngắt điện, trục
quay vẫn còn quay do quán tính rất lâu. Ðể nhanh chóng dừng máy ta phải dùng cơ cấu phanh
hãm. Ðối với các máy ly tâm treo, ổ trục có thể đảo xung quanh phương thẳng đứng khi phanh,
do đó cơ cấu phanh phải cấu tạo sao cho khi phanh áp lực gây ra hai phía của phanh phải đều
nhau.
Khắc phục nhược điểm: tháo bã bằng tay nặng nhọc, năng suất thấp người ta chế tạo loại máy
ly tâm treo tháo bã tự động. Loại máy này chỉ khác máy ly tâm treo bình thường là phần dưới có
dạng hình nón với góc nghiêng lớn hơn góc rơi tự nhiên của bã. Khi rôto dừng lại thì bã tự trượt
xuống theo thành nón và ra khỏi rôto.


C) MÁY LY TÂM NẰM NGANG THÁO BÃ BẰNG DAO:
Các loại máy ly tâm trên đây, lúc tháo bã đều phải hãm máy, do đó mất thời gian và tiêu hao năng
lượng vô ích.
Ưu điểm: Loại máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng dao cũng làm việc gián đoạn nhưng tất cả các
giai đoạn đều được tự động hoá nên thời gian của một chu kỳ ngắn hơn loại tháo bã bằng tay.

Hình máy ly tâm tháo bã bằng dao có cửa tháo ở đáy


Nguyên lý hoạt động:

Sau khi mở máy cho rôto quay thì cho huyền phù

vào rôtô theo ống tiếp liệu (trên ống có lắp một van đặc biệt). Sau khi huyền
phù đã vào đủ lượng yêu cầu thì van đóng lại và xảy ra quá trình ly tâm. Lớp
bã trong rôto ngày càng dày lên và khi đảm bảo chiều dày quy định thì xy
lanh lực hạ pittông xuống kéo theo dao cạo bã, cạo thành lớp mỏng rơi
xuồng máng hứng phía dưới. Như vậy dao lấy bã ra một cách gián đoạn và
chuyển động xoay của dao là nhờ chuyển động tịnh tiến của pittông.


2. CÁC MÁY LY TÂM LÀM VIỆC LIÊN TỤC
Máy ly tâm nằm ngang làm việc liên tục tháo bã bằng pittông
Đặc điểm cấu tạo:
Máy gồm một pittông chính lắp chặt
lên một đầu của cần đẩy, còn đầu
kia của cần đẩy thì lắp pittông của
xy lanh lực điều khiển bằng dầu
hoặc khí nén. Cần đẩy nằm trong
trụ rỗng, một đầu trục rỗng lắp chặt
rôto, đầu kia được lắp vào bánh đai
chuyển động. cần đẩy cùng quay
với trục rỗng để phân phối đều
huyền phù, đồng thời chuyển động
tịnh tiến qua lại 12-16 lần/giờ để
đẩy bã ra khỏi rôto.


Ưu điểm: loại máy này làm việc liên tục nên năng suất cao. so với
máy ly tâm tháo bằng dao thì có kết cấu gọn, chắc hơn, năng lượng
tiêu thụ trên một đơn vị sản phẩm nhỏ hơn.
Nhược điểm: kết cấu phức tạp, tiêu tốn năng lượng không đều theo thời

gian, lưới lọc chóng mòn do bị ma sát với pittông đẩy bã.
Ứng dụng: loại máy ly tâm này dùng để ly tâm huyền phù đặc (50% pha
rắn trở lên) kích thước hạt khoảng 0,04-0,12 mm. Thường dung để ly
tâm các huyên phù mà pha rắn ở dạng tinh thể như (NH4)2SO4, NaCL,
CaSO4,v..v..


Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm
Cấu tạo: gồm có ly tâm lọc hình côn, lắp công-xôn lên trục thằng đứng,
trục quay trên các ổ đỡ. Ổ đỡ được đặt trên các bộ giảm chấn bằng cao
su.


Nguyên lý làm việc: Rôto quay được nhờ động cơ qua bộ phận truyền động đai.
Nguyên liệu liên tục chảy thành dòng vào trong rôto hình côn. Do tác dụng của
lực ly tâm, huyền phù di chuyển dọc theo lước lọc của rôto. Chất lỏng được tách
qua lỗ lưới của rôto, còn bã được rửa sạch và làm khô. Thành phần chất lỏng đi
vào bộ phận chứa hình vành khăn, phần bã rắn chuyển động lên trên văng ra
khỏi rôto và được đưa vào thùng chứa.
Góc nghiêng của rôto lọc phải đảm bảo cho huyền phù chuyển động lên phía trên .
Dưới tác động của áp xuất phần nguyên liệu mới đưa vào. Lỗ của lưới lọc của rôto
lọc hình côn dạng khe có chiều rộng khoảng 0.04-0.15 mm. Vì thế mà sức cản của
lưới lọc rất lớn, tương đương với sức cản của bã (có chiều dày khoảng vài milimet).


Máy ly tâm lắng nằm ngang tháo bã bằng vít xoắn
Loại này dùng để phân ly huyền phù mịn có nồng độ trung bình và lớn.
Trong công nghiệp thực phẩm loại máy này dùng để tách tinh bột ra khỏi
nước quả, trong các ngành công nghiệp khác dùng để phân riêng pha rắn
và pha lỏng.

Máy gồm có hai rôto. Rôto ngoài có dạng hình nón hoăc trụ-nón,
rôto trong có dạng hình trụ mà mặt ngoài của nó có gắn vít tải.
Rôto trong và rôto ngoài quay cùng chiều nhưng rôto trong quay
chậm hơn rôto ngoài 1,5-2 % (khoảng 20-100vg/ph) nhờ hộp
giảm tốc vi sai. Rôto trong có đục các lỗ để dẫn huyền phù nhập
liệu. Góc nghiêng phần hình nón của rôto khoảng 9-10 O . Quá
trình lắng xảy ra trong khoảng không gian giữa hai rôto, bã bám
vào mặt trong của rôto ngoài và được vít tải đẩy về phía cửa
tháo bã. Nước trong đi về phía ngược lại, chảy qua các cửa ở
trên đáy rồi đi ra ngoài. Trong phần rôto không bị ngập nước, bã
vừa được đưa ra khỏi rôto vừa được làm khô.