CÁC sơ đồ mới của THIẾT bị đƣa THAN HOẠT TÍNH vào BUỒNG áp SUẤT CAO

HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM

CÁC SƠ ĐỒ MỚI CỦA THIẾT BỊ ĐƢA THAN HOẠT TÍNH VÀO BUỒNG
ÁP SUẤT CAO
Nguyễn Văn Hoan1, Đỗ Mạnh Tùng2
1

Bộ môn Cơ học máy, Khoa Cơ khí, Học viện Kỹ thuật Quân sự-BQP
E-mail:
2
Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Học viện Kỹ thuật Quân sự-BQP
E-mail:
TÓM TẮT:
Bài báo giới thiệu các sơ đồ mới của thiết bị
dùng để đưa than hoạt tính vào buồng áp suất
cao. Tính mới mẻ của các sơ đồ thiết bị được thể
hiện ở việc sử dụng rộng rãi các vòng xuyến đàn
hồi với tư cách là phần tử bịt kín và bộ phận
truyền động. Các sơ đồ thiết bị trên với việc sử

dụng các vòng xuyến đàn hồi mà bên trong nó
được điền đầy chất khí hoặc chất lỏng đến một
áp suất nhất định cho phép đơn giản kết cấu,
đảm bảo bịt kín buồng làm việc, đơn giản hóa
việc đưa than hoạt tính vào buồng áp suất cao,
loại bỏ từ kết cấu cặp ma sát trượt.

Từ khóa: sơ đồ thiết bị, than hoạt tính, áp suất cao, vòng xuyến đàn hồi.
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, lượng vàng sản xuất hàng năm trên

thế giới chủ yếu được chế biến bằng phương
pháp hòa tách xyanua sau đó thu hồi vàng từ
dung dịch xyanua bằng phương pháp hấp phụ
trên than hoạt tính. Hấp phụ vàng bằng than hoạt
tính là một trong các giai đoạn của quá trình tách
vàng từ quặng. Để thực hiện được quá trình công
nghệ hấp phụ trên, người ta đã đưa ra một loạt
các máy hấp phụ vàng bằng than hoạt tính. Tuy
nhiên, cho đến nay, trên thế giới cũng như ở Việt
Nam các máy hấp phụ vàng bằng than hoạt tính
làm việc theo cơ chế gián đoạn: trước tiên người
ta cho dung dịch kiềm xyanua có chứa vàng vào
trong các buồng chứa, sau đó đưa than hoạt tính
vào rồi bịt kín các buồng chứa. Tiếp theo, người ta
tiến hành tăng áp suất lên khoảng 10 atm và nhiệt
độ lên khoảng 1700С ở trong các buồng chứa.
Sau khi quá trình công nghệ hấp phụ vàng kết
thúc, người ta hạ áp suất và nhiệt độ trong các
buồng chứa xuống rồi đưa than hoạt tính đã được
hấp phụ ra ngoài. Như vậy, các máy hấp phụ vàng
bằng than hoạt tính hiện nay bộc lộ rõ nhược điểm
cơ bản là hiệu suất rất thấp do chúng làm việc
theo cơ chế gián đoạn. Để tăng hiệu suất của các
máy hấp phụ tác giả đã đưa ra sơ đồ triển vọng
nhất của máy hấp phụ vàng bằng than hoạt tính
gồm: một thiết bị tự động đưa than hoạt tính từ
ngoài vào buồng làm việc và cửa ra của dung dịch
chất lỏng xyanua sau khi đi qua buồng làm việc
được bố trí ở phía trên buồng áp suất cao; một
thiết bị tự động đưa than hoạt tính sau khi hấp phụ

xong từ trong buồng làm việc ra ngoài và cửa vào
của dung dịch chất lỏng xyanua được bố trí ở phía
dưới buồng áp suất đó [1].
Đến nay, người ta đã tập hợp được rất nhiều

sơ đồ thiết bị dùng để đưa than hoạt tính vào
buồng áp suất cao. Tuy nhiên, tác giả không thể
không lựa chọn được thiết bị nào ở trên có thể
dùng được trong máy hấp phụ vàng bằng than
hoạt tính mà thỏa mãn được các điều kiện làm
việc đã cho do: các thiết bị trên phức tạp, cồng
kềnh về mặt kết cấu; làm việc không tin cậy vì
không đảm bảo bịt kín buồng làm việc. Do vậy,
việc tạo ra các thiết bị tin cậy dùng để đưa than
hoạt tính vào buồng áp suất cao trở thành vấn đề
cấp thiết.
2. Cơ sở thiết kế
Về nguyên tắc, trong thành phần kết cấu của
các thiết bị dùng để đưa than hoạt tính vào buồng
làm việc trong điều kiện áp suất cao và nhiệt độ
cao thì cần phải có mặt: buồng vận chuyển để đưa
than hoạt tính từ ngoài vào buồng làm việc; cơ
cấu dẫn động để dịch chuyển buồng vận chuyển
này theo hướng dọc trục và hệ thống bịt kín buồng
làm việc.
Nhờ vào sự phát triển của công nghệ vật liệu
nano trong nước cũng như trên thế giới đã tạo
nền tảng để chế tạo nhiều loại vật liệu tổng hợp
mới có tính đàn hồi và độ bền cao, cho phép
người thiết kế tạo những kết cấu mới của các máy

và các cơ cấu. Và một trong những ý tưởng rất
hay và thú vị trong lĩnh vực thiết kế nhằm tạo ra
các thiết bị dùng để đưa than hoạt tính vào buồng
làm việc trong các điều kiện áp suất cao và nhiệt
độ cao là việc sử dụng các kết cấu vỏ đàn hồi
dạng hình xuyến. Các vòng xuyến đàn hồi, bên
trong được điền đầy chất khí hoặc lỏng áp suất p
(atm) được sử dụng với tư cách là phần tử bịt kín
buồng làm việc của thiết bị.
Trên cơ sở sử dụng các vòng xuyến đàn hồi

Trang 251


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM

mà bên trong chúng được điền đầy chất khí hoặc
lỏng áp suất p (atm) tác giả đã tạo ra một loạt các
sơ đồ thiết bị dùng để đưa than hoạt tính vào
buồng áp suất cao [2]. Nhờ khả năng biến dạng
thuận nghịch lớn theo phương ngang của các
vòng xuyến đàn hồi nên các sơ đồ thiết bị trên
được tạo ra bởi nhóm tác giá đảm bảo bịt kín
buồng áp suất cao trong quá trình làm việc.
3. Kết quả nghiên cứu
3.1. Sơ đồ thiết bị với vòng xuyến đàn hồi
dạng trụ
Mở rộng nghiên cứu trong việc ứng dụng các
kết cấu vỏ đàn hồi, nhóm tác giả tiếp tục tạo ra sơ

đồ thiết bị dùng để đưa than hoạt tính vào buồng
áp suất cao với việc sử dụng trực tiếp bề mặt
ngoài thành bên trong của vòng xuyến đàn hồi với
tư cách là thành ngoài của buồng vận chuyển [3].
Trên Hình 1 là sơ đồ thiết bị với việc sử dụng
trực tiếp bề mặt ngoài thành bên trong của vòng

xuyến đàn hồi làm thành ngoài của buồng vận
chuyển. Buồng vận chuyển 10 cấu tạo ở dạng các
khoang trống được ngăn cách bởi tấm ngăn 11
thẳng đứng; giới hạn trên và dưới bởi các trụ dẫn
hướng 8 và 9, giới hạn bề mặt xung quanh bởi
thành trong của vòng xuyến đàn hồi 3. Điều này
cho phép đơn giản quá trình điền đầy và loại bỏ
than ra khỏi buồng 10; loại bỏ hoàn toàn hiện
tượng dính các hạt than trong buồng 10 khi ra tải;
rút ngắn hành trình làm việc của buồng vận
chuyển. Mặt khác, bề mặt ngoài thẳng đứng của
các tấm ngăn 11 đóng vai trò là các gối đỡ đối với
bề mặt ngoài thành trong của vòng xuyến. Việc
tăng chiều dài bề mặt trụ dẫn hướng phía trên 8
lớn hơn độ lớn hành trình làm việc của buồng 10
cho phép bảo vệ bề mặt tiếp xúc giữa mặt ngoài
thành ngoài của vòng xuyến 3 và bề mặt trong trụ
rỗng 2 của thiết bị; tránh không để các hạt than rơi
vào bề mặt tiếp xúc.

a)
b)
Hình 1. Thiết bị đưa than hoạt tính vào buồng áp suất cao với vòng xuyến đàn hồi dạng trụ (а) và dạng

mặt cắt theo tiết diện А-А (b): 1- buồng đựng; 2- thành thiết bị; 3- vòng xuyến đàn hồi dạng trụ;
4- buồng chứa; 5- than hoạt tính; 6- cơ cấu truyền động; 7- thanh truyền; 8- trụ dẫn hướng trên;
9- trụ dẫn hướng dưới; 10- buồng vận chuyển; 11- tấm ngăn.

Trang 252


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM

dưới 9 vượt ra khỏi giới hạn của vòng xuyến đàn
hồi làm cho các khoang chứa của buồng 10 mở
ra, khi đó than hoạt tính dưới tác dụng của trọng
lượng bản thân nó sẽ rơi vào buồng làm việc 1
của thiết bị. Sau khi loại bỏ hết than hoạt tính ra
khỏi buồng 10, cơ cấu dẫn động 6 sẽ truyền
chuyển động cho buồng 10 làm cho nó chuyển
động tịnh tiến lên phía trên và chu kỳ làm việc của
thiết bị lại được lặp lại.
3.2. Sơ đồ thiết bị với vòng xuyến đàn hồi
dạng bậc
Trên Hình 2 trình bày thêm một phương án
thiết bị đưa than hoạt tính vào buồng áp suất cao
với việc sử dụng vòng xuyến đàn hồi dạng bậc mà
bên trong vòng xuyến bậc được điền đầy chất
lỏng hoặc khí áp suất p (atm).

Nguyên lý làm việc của thiết bị:
Thiết bị trên Hình 1 làm việc theo nguyên lý
sau: khi buồng vận chuyển 10 dịch chuyển lên vị

trí phía trên như Hình 1a, trụ dẫn hướng trên 8
nhô hẳn lên trên gờ giới hạn trên, các khoang
chứa của buồng 10 được mở, than hoạt tính 5
trong buồng chứa 4 dưới tác dụng của trọng
lượng bản thân sẽ điền đầy vào các khoang chứa
của buồng 10. Sau khi điền đầy than hoạt tính vào
trong các khoang chứa của buồng 10, cơ cấu
truyền động 6 sẽ truyền chuyển động tịnh tiến cho
buồng 10 làm cho nó chuyển động xuống phía
dưới. Khi buồng 10 chuyển động xuống phía dưới
sẽ làm cho vòng xuyến đàn hồi dạng trụ cũng
chuyển động xuống phía dưới. Khi buồng 10
chuyển động đến vị trí phía dưới, trụ dẫn hướng

6

a)
b)
Hình 2. Thiết bị đưa than hoạt tính vào buồng áp suất cao với vòng xuyến đàn hồi dạng bậc (а) và dạng
mặt cắt theo tiết diện А-А (b): 1- buồng chứa; 2- buồng đựng; 3- buồng vận chuyển; 4- than hoạt tính; 5trụ dẫn hướng trên; 6- trụ dẫn hướng dưới; 7- tấm ngăn; 8- vòng xuyến đàn hồi dạng bậc; 9- thành thiết
bị; 10- van điều chỉnh; 11- gờ giới hạn trên; 12- gờ giới hạn dưới.

Trang 253


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM

Trong trường hợp này, vòng xuyến đàn hồi
dạng bậc được sử dụng với tư cách là cơ cấu

truyền động và là phần tử bịt kín buồng làm việc
của thiết bị. Do vậy, thiết bị đưa than hoạt tính vào
buồng áp suất cao với việc sử dụng vòng xuyến
đàn hồi dạng bậc cho phép tăng độ tin cậy làm
việc do đơn giản kết cấu; loại bỏ hoàn toàn việc
sử dụng thêm một cơ cấu dẫn động bên ngoài.
Về mặt kết cấu, thiết bị được thể hiện trên
Hình 2 gồm: buồng chứa 1; buồng làm việc 2;
buồng vận chuyển 3 dùng để đưa than hoạt tính
từ buồng chứa 1 vào buồng làm việc 2. Buồng 3
cấu tạo ở dạng các khoang trống được ngăn cách
bởi tấm ngăn 7 thẳng đứng; giới hạn trên và dưới
bởi các trụ dẫn hướng 5 và 6; giới hạn bề mặt
xung quanh bởi thành trong của vòng xuyến 8.
Buồng 3 có thể chuyển động tịnh tiến dọc trục và
được đặt bên trong lỗ vòng xuyến đàn hồi 8. Vòng
xuyến đàn hồi dạng bậc 8 được nạp đầy chất khí
hoặc lỏng áp suất p(atm) và đỡ lấy buồng vận
chuyển 3. Vị trí phía trên và phía dưới của vòng
xuyến đàn hồi dạng bậc 8 được giới hạn bởi gờ
chặn trên 11 và gờ chặn dưới 12. Khe hở giữa lỗ
của gờ chặn trên 11 và bề mặt ngoài của trụ dẫn
hướng trên 5 nhỏ hơn kích thước của than hoạt
tính. Đầu mút phía trên của trụ dẫn hướng 11 ở
dạng côn.
Nguyên lý làm việc của thiết bị:
Thiết bị trên Hình 2 làm việc theo nguyên lý
sau: khi buồng vận chuyển 3 ở vị trí phía trên như
Hình 2a, khi đó trụ dẫn hướng trên 5 nhô hẳn lên
trên gờ chặn trên 11, dẫn đến các khoang chứa

của buồng 3 mở, than hoạt tính 4 từ buồng chứa 1
dưới tác dụng trọng lượng bản thân nó sẽ điền
đầy vào các khoang chứa của buồng 3. Đồng thời,
khi buồng 3 ở vị trí trên áp suất bên trong vòng
xuyến đàn hồi dạng bậc 8 đạt một giá trị ban đầu
cần thiết p0 (atm) thỏa mãn điều kiện bịt kín buồng
làm việc 2. Sau khi các khoang chứa của buồng 3
được điền đầy than hoạt tính, lúc này ta tăng áp
suất trong vòng xuyến 8 nhờ van điều chỉnh 10
làm cho vòng xuyến đàn hồi dạng bậc 8 bắt đầu
chuyển động theo phương dọc trục xuống phía
dưới và hạ buồng vận chuyển 3 xuống theo. Khi
vòng xuyến 8 chuyển động đến vị trí phía dưới áp
suất trong vòng xuyến sẽ đạt đến giá trị lớn nhất
pmax. Ở vị trí phía dưới của buồng 3, đầu mút to
của vòng xuyến được chặn bởi gờ chặn dưới 12,

trụ dẫn hướng dưới 6 vượt ra khỏi giới hạn bịt kín
của vòng xuyến, các khoang chứa của buồng 3
mở ra, khi đó than hoạt tính dưới tác dụng trọng
lượng bản thân nó sẽ rơi khỏi buồng 3 vào buồng
làm việc 2. Sau khi loại bỏ hoàn toàn than hoạt
tính ra khỏi các khoang chứa của buồng 3, người
ta tiến hành hạ áp suất trong vòng xuyến đàn hồi
dạng bậc 8 làm cho nó chuyển động lên vị trí phía
trên đồng thời nâng buồng 3 cùng chuyển động
lên trên. Chu kỳ làm việc lại được lặp lại.
4. Kết luận
Các phương án của thiết bị đưa than hoạt tính
vào buồng áp suất cao được giới thiệu trên đảm

bảo tăng hiệu quả và độ tin cậy làm việc của thiết
bị do đơn giản kết cấu, đơn giản hóa quá trình
điền đầy và loại bỏ than ra khỏi buồng làm việc;
loại bỏ việc sử dụng thêm cơ cấu truyền động bên
ngoài và loại bỏ cặp ma sát trượt từ kết cấu trên.
Công việc trên nằm trong dự án được chính
phủ Nga cấp kinh phí chế tạo và thử nghiệm theo
quyết định № 218 (Работа выполнена при
финансовой поддержке правительства РФ в
рамках постановления № 218 (проект №
02.G25.31.0075)).
5. Lời cảm ơn
Tác giả bài báo muốn gửi lời cảm ơn chân
thành đến Giáo sư, TSKH Koltsov Vladimir
Petrovich tại trường ĐH “National Research
Irkutsk State Technical University” đã rất nhiệt tình
giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.
Нгуен
Ван
Хоан.
Обеспечение
непрерывности процесса десорбции на
основе использования дозаторов с торовым
приводом: диссертация канд. техн. наук. /
Нгуен Ван Хоан. Иркутск, 2015. -119 с.
2. Нгуен Ван Хоан, В.П. Кольцов, В.В. Ёлшин.
Патент № 2471543, Российская федерация,
МПК кл. В01J3/02. Устройство загрузки и

выгрузки
камер
высокого
давления
(варианты). Опубл. 10.01.2013. Бюл. №1.
3. Нгуен Ван Хоан, В.П. Кольцов, В.В. Ёлшин.
Патент № 135271, Российская федерация.
Устройство загрузки и выгрузки камер
высокого давления. Опубл. 10.12.13. Бюл.
№ 34.

NEW SCHEMES OF EQUIPMENT FEEDING ACTIVATED CARBON TO
A HIGH PRESSURE CHAMBER
Abstract: This paper presented new schemes
of equipment loading activated carbon to a high
pressure chamber. The novelty of the schemes of
the equipment is reflected in the extensive use of
toroidal elastic shell as a seal and drive. The
schemes of the equipment with the use of elastic
bracelets inside are filled with gas or liquid to a

Trang 254

certain pressure allows for simple structure,
ensuring the sealing chamber work, simple
Activation of the activated charcoal into the high
pressure chamber eliminates the slip friction pair.
Key words: equipment, activated carbon,
high pressure, toroidal elastic shell.