Đồ án thiết kế hệ thống lọc thẩm thấu ngược RO

Mục lục
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN................................................................................................................................2
1.1. Cơ sở lý thuyết cua thiết bi chinh..................................................................................................2
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chinh:..............................................................................3
1.3. Các thiết bi và mô tả đặc tinh cua từng thiết bi.......................................................................4
1.4. Các hãng có thiết bi tương ứng (nếu có)..................................................................................15
1.4.1. Thiết bi ly tâm xuất xứ Thụy Sĩ - hãng Tetra Centri.....................................................15
1.4.2. Thiết bi ly tâm hãng Westfalia (ĐỨC)................................................................................16
1.4.3. Thiêt bi ly tâm đĩa chồng hãng Flottweg...........................................................................17
1.4.4. Thiết bi ly tâm xuất sứ Italy _hãng Seital S.r.l.................................................................18
1.4.5. Thiết bi ly tâm hãng SEITAL...................................................................................................19
1.4.6. Thiết bi ly tâm nằm ngang hãng Pieralisi:.......................................................................19
1.4.7. máy ly tâm tách nước dạng trục vit Saito - Nhật Bản:.................................................20
1.5. Ứng dụng trong chế biến thực phẩm........................................................................................21
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ......................................................................................22
2.1. Các thông số ban đâu và lựa chon tiêu chuẩn........................................................................22
2.2. Sơ đồ công nghệ và giải thich công nghệ:................................................................................27
2.3. Tinh toán cho thiết bi chinh...........................................................................................................28
2.3.1 Lưu lượng cân lấy mỗi ngày..................................................................................................28
2.3.2 Bể chứa trung gian.....................................................................................................................29
2.3.3 Tinh toán đường ống dẫn nước sang RO...........................................................................29
2.3.4 Tinh bơm........................................................................................................................................29
2.3.5 Hệ thống loc RO..........................................................................................................................31
2.3.5.1 Lựa chon màng loc.................................................................................................................31
2.3.5.2 Tinh toán số element cân sử dụng...................................................................................33
2.3.5.3 Điều kiện hoạt động tối ưu cho hệ thống RO.............................................................35
2.3.6 Khử trùng nước bằng Clo.............................................................................................................37
2.3.7 Bể chứa nước sạch.........................................................................................................................38
2.4. Sơ đồ thiết bi và giải thich thiết bi.............................................................................................38
2.5. Sơ đồ bố tri mặt bằng và diễn giải:...........................................................................................40
2.6. Bảng dự trù các thiết bi..................................................................................................................40

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................................................43

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Cơ sở lý thuyết cua thiết bi chinh
Ly tâm là quá trình sử dụng lực ly tâm để phân riêng các c ấu tử có kh ối
lượng riêng khác nhau. Động lực của quá trình là lực ly tâm và yếu tố khác bi ệt
để phân riêng là khối lượng riêng. Sự khác biệt khối lượng riêng càng l ớn thì quá
trình phân riêng được thực hiện càng dễ dàng.
Dựa vào đối tượng phân riêng, quá trình ly tâm có th ể được phân lo ại nh ư
sau :
-

Ly tâm để phân riêng hai chất lỏng không tan vào nhau : h ệ nhũ t ương n ước
trong dầu (w/o) hoặc hệ nhũ tương dầu trong nước (o/w)

-

Ly tâm để phân riêng hệ huyền phù : quá trình thường được sử dụng đ ể làm “
trong ” các huyền phù - còn gọi là ly tâm lắng

-

Ly tâm lọc

-

Ly tâm để tách các cấu tử lơ lửng trong pha khí : quá trình th ường đ ược s ử d ụng

để tách bụi từ không khí.
Các máy dùng để phân chia các hệ không đồng nhất trong trường ly tâm g ọi
là máy ly tâm. Có thể phân loại máy ly tâm theo dấu hiệu khác nhau:

-

Theo quá trình phân ly: máy ly tâm lắng; máy ly tâm lọc

-

Theo phương thức làm việc: máy ly tâm làm việc gián đo ạn, máy ly tâm làm vi ệc
liên tục và máy ly tâm tự động

-

Theo kết cấu của bộ phận tháo bã: máy ly tâm tháo bã bằng dao; máy ly tâm tháo
bã bằngvít xoắn; máy ly tâm tháo bã bằng pittông

-

Theo giá trị yếu tố phân ly phân ra máy ly tâm thường và máy ly tâm siêu tốc

-

Theo kết cấu trục và ổ đỡ phân ra: máy ly tâm ba chân và máy ly tâm treo.
Khi lựa chọn máy ly tâm cần phải dựa vào các đặc tính công ngh ệ của
chúng và các tính chất lý học của vật li ệu đem gia công ( đ ộ phân tán c ủa pha
rắn, độ nhớt của pha lỏng và nồng độ của nó ).
Nồng độ huyền phù bằng tỷ số của lượng pha rắn và tổng l ượng huy ền
phù. Nồng độ huyền phù có thể thể hiện bằng phần trăm theo khối lượng hay

2


phần trăm theo thể tích. Hiệu nồng độ giữa pha rắn và pha l ỏng càng l ớn thì
năng suất của máy ly tâm lắng càng cao.
Lực ly tâm Pl ( N ) là động lực của quá trình ly tâm :
m.v 2 G. 2 .R G.R. 2
Pl 


2
g
900

Trong đó :
- m : khối lượng của máy và chất lỏng , kg
- v : vận tốc biên , m/s
- R : bán kính trong của thùng quay , m
- G : trọng lượng của vật thể quay , N
-  : tốc độ góc của thùng quay , độ/s
-



 .
30

2
- g : gia tốc rơi tự do , m / s

Yếu tố phân chia là một trong những chuẩn cơ bản để ch ọn máy ly tâm.
Yếu tố phân chia xác định gia tốc của trường ly tâm được phát tri ển trong máy,
có bao nhiêu lần lớn hơn gia tốc trọng lực. Yếu tố phân chia được xác đ ịnh theo
công thức :
fp 

 2 .R R. 2

g
900

Yếu tố phân chia càng cao thì khả năng phân chia của máy càng lớn. Yếu tố
phân chia sẽ tăng đáng kể khi tăng s ố vòng quay của roto. Ký hi ệu năng su ất c ủa
máy là chỉ số cơ bản của máy hoạt động :

Trong đó : Fl là diện tích bề mặt lắng của xilanh ,
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chinh:
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới khả năng phân riêng và thời gian ly tâm :
- Độ nhớt của pha lỏng: trong quá trình ly tâm để phân riêng hai ch ất l ỏng không
tan vào nhau và phân riêng các huyền phù, độ nh ớt của pha l ỏng có ảnh h ưởng
rất lớn đến tốc độ chuyển động của các cấu tử. Khi tác dụng cùng một lực, đ ộ
nhớt của môi trường càng lớn, trở lực chuyển động càng lớn, tốc độ chuy ển
3


động càng chậm, quá trình phân riêng di ễn ra càng ch ậm. Do đó, trong quá trình
phân riêng cần chú ý đến độ nhớt của các chất l ỏng, đặc bi ệt là ch ất l ỏng t ạo
nên pha liên tục.
- Độ chênh lệch khối lượng riêng: độ chênh lệch khối lượng riêng của hai c ấu tử
cần phân riêng càng lớn thì sự chênh lệch của lực ly tâm tác dụng lên càng nhi ều,

quá trình phân riêng diễn ra càng dễ dàng. Trong quá trình phân riêng hai ch ất
lỏng, độ chênh lệch khối lượng riêng của hai chất lỏng không nên thấp hơn 3%.
- Nhiệt độ: trong quá trình ly tâm, nếu nhiệt độ khối nguyên liệu càng cao, đ ộ
nhớt của chất lỏng pha liên tục càng thấp, tr ở lực chuy ển động càng gi ảm, hi ệu
quả quá trình phân riêng càng tăng. Khi phân riêng ch ất béo t ừ s ữa, s ữa nguyên
liệu thường được gia nhiệt đến khoảng 60oC để tăng hiệu quả quá trình phân
riêng. Tuy nhiên cần chú ý là khi nâng nhi ệt độ cho s ản ph ẩm, dưới tác d ụng c ủa
nhiệt độ, các thành phần nhạy cảm với nhiệt độ có th ể bị bi ến đổi( vitamin,
protein, …)
- Vận tốc ly tâm: độ lớn của lực ly tâm tỉ lệ thu ận v ới bình phương v ận t ốc góc.
Theo đó khi vận tốc góc càng lớn, độ lớn của l ực ly tâm càng l ớn. Khi l ực ly tâm
càng lớn, hiệu quả quá trình phân riêng càng tăng. Tuy nhiên, trong quá trình ly
tâm, vận tốc góc càng lớn thì yêu cầu về độ bền cơ h ọc của thi ết b ị càng cao, chi
phí đầu tư thiết bị càng lớn, làm giảm hiệu quả kinh tế của quá trình.
- Bán kính ly tâm: khi bán kính ly tâm càng l ớn, lực ly tâm càng l ớn, hi ệu qu ả
phân riêng trong quá trình ly tâm càng cao.
- Thời gian lưu: thời gian lưu của các cấu tử trong quá trình ly tâm càng lâu thì
hiệu quả quá trình phân riêng càng cao. Tuy nhiên, th ời gian l ưu càng dài sẽ làm
giảm năng suất của thiết bị
1.3. Các thiết bi và mô tả đặc tinh cua từng thiết bi
Các máy ly tâm được ứng dụng rộng rãi để tách các ti ểu ph ần ổn đ ịnh
trong dung dịch các chất hoạt hoá sinh học, các dung dịch rượu kh ỏi ch ế phẩm
hoạt hoá làm lắng metanol, axetol và các dung môi hữu cơ khác, tách sinh kh ối
khỏi dung dịch canh trường, cũng như việc phân chia các h ỗn h ợp chất l ỏng hay
huyền phù.

4


Các hệ phân tán thô thường được phân chia dưới tác động của trọng lực.

Tuy nhiên khi tỷ trọng của các cấu tử có độ chênh l ệch nh ỏ và đ ộ nh ớt c ủa ch ất
lỏng không đồng nhất cao thì sự lắng xảy ra rất chậm. Do ứng suất của tr ường
lực ly tâm quán tính lớn hơn nhiều lần ứng suất của trường trọng lực, cho nên
việc phân chia dưới tác động của trường lực ly tâm xảy ra rất nhanh và hoàn
toàn.
Trong các thiết bị công nghiệp việc phân chia bằng phương pháp ly tâm
được ứng dụng để tách các tiểu phần có kích thước từ 25mm đến 0,5 μm.
Phương pháp ly tâm dựa trên cơ sở của trường ly tâm tới hệ không đ ồng nhất
gồm hai hoặc nhiều pha. Ly tâm các hệ chất lỏng không đ ồng nh ất đ ược th ực
hiện bằng hai phương pháp : lọc ly tâm qua tường đột l ỗ của roto, vách l ọc đ ược
đặt ở phần trong roto ( máy ly tâm lọc ) và qua roto l ắng có đo ạn ống li ền ( máy
ly tâm lắng ). Các máy ly tâm thuộc hai dạng này được bịt kín, có thi ết b ị đi ện an
toàn và thải cặn ở phía trên bằng phương pháp thủ công. Dẫn động máy ly tâm
được thực hiện từ động cơ qua truyền động bằng dây đai hình thang. Trong các
máy loại này có khoá liên động cho động cơ và nắp v ỏ khi gi ảm áp su ất khí tr ơ
trong các khoang vỏ dưới 1470 Pa. Các chi tiết của máy tiếp xúc v ới sản ph ẩm
được chế tạo bằng thép 12X18H10T.
Đồng thời các máy ly tâm tổng hợp kết hợp cả hai nguyên tắc phân chia l ọc lắng cũng được sử dụng.
1.3.1 Máy ly tâm loc
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 học khoan nhiều l ỗ ho ặc làm b ằng l ưới.
Ðường kính lỗ trên thành rôto thường trong giới hạn 3-8 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 b ằng thép t ấm
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 v ới kích th ước l ỗ
lưới 0,1-0,5 mm. Nếu kích thước hạt rắn nhỏ hơn dùng lớp vải bằng s ợi bông,
sợi gai hoặc lên v.v..

5

Ðây là loại máy làm việc gián đoạn, có thể tháo bã bằng tay, bằng dao hoặc
bằng khí động, thường dùng để ly tâm huyền phù chứa các hạt rắn nh ỏ, trung
bình hoặc làm khô bã lọc.
Máy gồm có rôto được bao bọc bởi vỏ. Thân máy gắn v ới v ỏ được đ ặt trên
3 lò xo cánh nhau 1200. Ðộng cơ lắp trân thân máy nối với bánh đai ở phía dưới
rồi truyền sang trục máy làm quay rôto.
Ưu điểm của máy là có thể làm việc với tải trọng l ệch tâm tương đ ối l ớn
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, ch ắc ch ắn, ti ện
lợi cho việc tháo bã bằng tay.
Nhược diểm của máy là ổ trục và bộ phận truyền động đặt ở dưới nên dễ
bị ăn mòn hoá học .

6


Hình 4. Máy ly tâm làm việc gián đoạn tháo bã bằng dao
b. Máy ly tâm kiểu treo
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..
Các bộ phận kết cấu chung của máy ly tâm ki ểu 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 n ằm trong c ốc, đ ược t ựa t ự do
trên bề mặt cầu của vỏ bọc bộ dẩn động.
Lắp vỏ của bộ dẫn động trên thanh thép dọc hình chữ U. D ẫn đ ộng 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 s ố vòng quay của roto gi ảm,
sau đó tăng số vòng quay đến trị số lớn nhất, vắt , rửa và l ại v ắt ch ất l ỏng. Trong

các máy ly tâm lắng thì huyền phù được nạp vào khi tốc độ quay c ủa roto ho ạt
động. Dùng phanh đai gắn trong mũ của bộ dẫn động đ ể hãm máy ly tâm, cũng
như dùng động cơ điện có kết cấu cho phép hãm khi quay ng ược chi ều. V ỏ 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 b ị roto có g ờ
trên đột lỗ, bộ điều chỉnh mức tải trọng roto. Máy ly tâm O ПH được trang b ị
thêm áo hơi để đun nóng. Chất lọc được tháo ra khỏi roto một cách liên t ục qua
7


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 vòng/phút.
Ưu điểm của loại máy này là ổ trục và bộ phận truyền động không bị ch ất
lỏng ăn mòn, việc tháo bã tương đối nhẹ nhàng và nhanh h ơn loại máy ly tâm ba
chân.
Vì các máy ly tâm làm việc với số vòng quay rất lớn nên dù đã ng ắt đi ện,
trục quay vẫn còn quay do quán tính rất lâu. Ðể nhanh chóng dừng máy ta ph ải
dùng cơ cấu phanh hãm. Ðối với các máyly tâm treo, ổ tr ục có th ể đ ảo 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.
Ðể 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 l ớn h ơn
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 th ời
gian và tiêu hao năng lượng vô ích. Loại máy ly tâm n ằm ngang tháo bã b ằng 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.

8


Hình 5. Máy ly tâm tháo bã bằng dao có cửa tháo ở đáy
Sau khi mở máy cho rôto quay thì cho huyền phù vào rôtô theo ống ti ếp
liệu (trên ống có lắp một van đặc biệt). Sau khi huy ền phù đã vào đ ủ l ượng yêu
cầu thì van đóng lại và xảy ra quá trình ly tâm. L ớp bã trong rôto ngày càng dày
lên và khi đảm bảo chiều dày quy định thì xy lanh l ực h ạ pittông xu ống kéo theo
dao cạo bã, cạo thành lớp mỏng rơi xuồng máng h ứng phía dưới. Nh ư v ậy dao
lấy bã ra một cách gián đoạn và chuyển động xoay của dao là nh ờ chuy ển đ ộng
tịnh tiến của pittông.
1.3.1.2 Các máy ly tâm làm việc liên tục
Trong các máy ly tâm làm việc liên tục, huyền phù (hay nhũ tương) liên tục
được cho vào, còn nước trong và bã liên tục được lấy ra. Loại này g ồm có các lo ại
máy ly tâm khác nhau.
a. Máy ly tâm nằm ngang làm việc liên tục, tháo bã bằng pittông
Ưu điểm chủ yếu của loại máy này là làm việc liên tục nên năng su ất cao.
So với máy ly tâm tháo bằng dao thì có kết cấu gọn, chắc h ơn, năng l ượng tiêu
thụ trên một đơn vị sản phẩm nhỏ hơn. Tuy nhiên máy còn có một số nhược

9


điểm như kết cấu phức tạp, tiêu tốn năng lượng không đều theo th ời gian, lưới
lọc chóng mòn do bị ma sát với pittông đẩy bã.
Loại máy ly tâm này dùng để ly tâm huyền phù đặc (50% pha r ắn tr ở lên),
kích thước hạt khoảng 0,04-0,12mm. Thường dùng để ly tâm các huy ền phù mà
pha rắn ở dạng tinh thể như (NH4)2SO4, NaCl, CaSO4 ,v.v..
Máy gồm có một pittông chính lắp chặt lên một đầu của cần đ ẩy, còn đ ầu

kia của cần đẩy thì lắp pittông của xylanh lực điều khi ển bằng dầu hoặc khí nén.
Cần đẩy nằm trong trục rỗng, một đầu trục rỗng lắp chặt rôto, đầu kia l ắp bánh
đai chuyển động. Cần đẩy cùng quay với trục rỗng để phân ph ối đều huy ền phù,
đồng thời chuyển động tịnh tiến qua lại 12-16 lần/giờ để đẩy bã ra khỏi roto.

Hình 6. Sơ đồ nguyên lý máy ly tâm loc làm việc liên tục có piston đẩy pha
rắn
b Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm
Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm gồm có roto l ọc hình côn, l ắp công-xôn
trên trục thẳng đứng, trục quay trên các ổ đỡ . Ổ đỡ được đặt trên các b ộ gi ảm
chấn bằng cao su. Rôto quay được nhờ động cơ qua bộ phận truy ền đ ộng đai.
Nguyên liệu liên tục chảy thành dòng vào trong rôto hình côn. Do tác d ụng c ủa
lực ly tâm, huyền phù di chuyển dọc theo lưới l ọc của roto. Ch ất l ỏng đ ược tách
10


ra qua lỗ lưới của rôto, còn bã được rửa sạch và làm khô. Thành ph ần l ỏng đi vào
bộ phận chứa hình vành khăn, phần bã rắn chuy ển động lên trên văng ra kh ỏi
rôto và được đưa vào thùng chứa.

Hình 7. Máy ly tâm liên tục rô to hình nón tự tháo bã
Góc nghiêng của rôto lọc phải bảo đảm cho huyền phù chuy ển đ ộng lên
phía trên, dưới tác động của áp suất phần nguyên li ệu mới đưa vào. L ỗ c ủa l ưới
lọc của roto lọc hình côn dạng khe có chiều rộng khoảng 0,04-0,15mm. Vì th ế
mà sức cản của lưới lọc rất lớn, tương đương với sức cản của bã (có chi ều dày
khoảng vài milimet).
1.3.2 Máy ly tâm lắng
Khi phân chia huyền phù trong các máy ly tâm lắng, các ti ểu ph ần r ắn có
tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng cấu tử chất lỏng được lắng xuống ( dưới tác động của
lực ly tâm trong đoạn ống roto ) tạo thành lớp vòng khuyên. Cấu tử l ỏng cũng

tạo thành lớp vòng khuyên nhưng nằm gần trục quay hơn, chất l ỏng trong đ ược
dẫn ra ngoài qua mép tràn hay nhờ ống hút ; cặn được tháo ra theo hành trình x ả

11


hay sau khi thiết bị ngừng. Việc phân chia nhũ tương xảy ra tương tự : ở tường
roto tạo ra lớp chất lỏng nặng, còn gần trục quay lớp chất lỏng nhẹ.
1.3.2.1. Máy ly tâm lắng nằm ngang tháo bã bằng vit xoắn
Máy ly tâm lắng nằm ngang được ứng dụng để phân chia huyền phù có
hàm lượng thể tích pha rắn từ 1% đến 40%, có kích thước các ti ểu ph ần l ớn h ơn
2-5μm và sai khác giữa tỷ trọng pha rắn và pha l ỏng l ớn h ơn 200kg/m 3 . Theo
chức năng công nghệ, các máy ly tâm được chia làm 3 nhóm : làm trong và phân
cấp, lắng vạn năng và lắng bằng phương pháp khử nước.
Trong công nghiệp thực phẩm loại máy này dùng để tách tinh b ột ra kh ỏi
nước quả, trong các ngành công nghiệp khác dùng để phân riêng pha r ắn và pha
lỏng.
Máy gồm có hai rôto. Rôto ngoài có dạng hình nón hoăc tr ụ-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 % (kho ảng 20
-100vg/ph) nhờ hộp giảm tốc vi sai. Rôto trong có đục các l ỗ đ ể d ẫn huy ền phù
nhập liệu. Góc nghiêng phần hình nón của rôto khoảng 9-10 0 . 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.

1- Cơ cấu ngưng máy khi quá tải; 2- Cửa tháo; 3- Vỏ có các vách bên trong,
4- Cổng nạp liệu; 5,10- Bể tựa Rôto; 6- Khoang để tháo chất lỏng nguyên chất
7- Vít tải; 8- Rôto xilanh- nón; 9- Khoang để tháo cặn; 11- Bộ truyền động

12


Có thể điều chỉnh chế độ làm việc của máy bằng cách thay đổ s ố vòng
quay hoặc thay đổ chiều dài lắng khi ta xoay các cửa chảy tràn. Lỗ chảy tràn càng
gần trục quay thì lớp nước càng sâu, chiều dài lắng càng dài, l ắng được các h ạt
có kích thước n Ưu điểm của máy ly tâm lắng nằm ngang là phân ly đ ược huy ền
phù mịn, năng suất lớn.
Nhược điểm là tốn nhiều năng lượng để tháo bã, tổn thất trong hộp giảm
tốc vi sai lớn, bã bị vụn nát, nước trong còn lẫn nhi ều h ạt r ắn; máy làm vi ệc
nặng nề, ồn ào. 1.3.2.2 Máy phân ly siêu tốc loại dĩa
Máy phân ly siêu tốc loại dĩa có nhiều loại: lo ại h ở, loại kín, lo ại n ửa kín,
loại tháo bã bằng tay và bằng ly tâm. Ðây là nhóm có nhi ều máy nh ất trong các
loại máy ly tâm siêu tốc. Máy ly tâm siêu tốc loại dĩa dùng đ ể phân li huy ền phù
có hàm lượng pha rắn nhỏ hoặc phân ly nhũ tương khó phân ly. Máy ly tâm siêu
tốc loại dĩa dùng để tách bơ trong sữa, tinh luyện dầu thực v ật và lắng trong các
chất béo.
Bộ phận chủ yếu của máy là rôto gồm các dĩa chồng lên nhau v ới m ột
khoảng cách thích hợp. Nếu phân li nhũ tương trên các dĩa đ ều có khoan l ỗ, ở dĩa
giữa các lỗ phải nằm trên đường thông thẳng đứng, qua đó sản phẩm ban đầu đi
vào khe hở giữa các dĩa. Khoảng cách gi ữa các dĩa 0,4-1,5mm. Dĩa trên đ ược gi ữ
nhờ các gân trên mặt ngoài của dĩa dưới. Ðộ nghiêng của dĩa nón c ần đủ đ ảm
bảo để hạt vật liệu trượt xuống tự do (thường góc nửa đỉnh nón từ 30-500).

13


Hình 9. Máy ly tâm lắng phân ly nhũ tương kiểu dĩa
Máy có thể làm việc gián đoạn hoặc liên tục. Máy làm việc gián đo ạn

trong trường hợp tháo bã bằng tay. Do dung tích khoảng không gian c ủa l ớp bùn
phân li không lớn nên máy ly tâm tháo bã bằng tay s ử dụng hi ệu qu ả khi thành
phần hạt lơ lửng đến 0,05% thể tích.
Ưu điểm của loại này là mức độ phân ly cao, th ể tích roto l ớn. Nh ược
điểm là cấu tạo và lắp ráp khó, nhất là với môi trường ăn mòn.

14


Hình 10. Máy ly tâm lắng làm trong huyền phù
1.3.2.3 Máy ly tâm siêu tốc loại ngăn
Máy ly tâm siêu tốc loại ngăn thường dùng phân riêng huy ền phù có hàm
lượng pha rắn ít, kích thước pha rắn nhỏ, nhẹ. Không dùng để phân li nhũ tương.
Trong công nghiệp thực phẩm, máy phân li siêu tốc loại ngăn th ường được dùng
làm trong nước quả, làm trong rượu, bia, tách các tạp chất trong dầu th ực vật,
trong xăng, sơn và dầu bôi trơn.
Máy gồm có roto lắp trên trục quay thẳng đứng. Phía trong của roto đặt
các vách ngăn hình trụ đồng tâm.Huyền phù cho vào ống nh ập li ệu l ần l ượt qua
không gian giữa các ngăn trong roto. Dưới tác dụng của lực ly tâm, pha r ắn l ắng ở
các thành trong của các ngăn và được tháo ra ngoài khi dừng máy. Nước trong
được dẫn ra ngoài qua rãnh bố trí ở ngăn ngoài cùng.
Loại này chỉ dùng phân riêng các huyền phù mịn (không phân riêng nhũ
tương), thí dụ như tách các tạp chất trong dầu, xăng, các loại s ơn, nước quả v.v..
Máy thường quay với số vòng quay 5000-10000 vg/ph, với s ố ngăn từ 510. Máy này đảm bảo được cả hai nguyên tắc: tăng chi ều dài l ắng và gi ảm chi ều
dày lớp chất lỏng nên giảm được lượng hạt rắn đi theo nước trong. Máy làm việc
liên tục và khi các vách ngăn chứa đầy bã thì dừng máy và tháo bã b ằng tay.
15


1.3.2.4. Máy ly tâm siêu tốc loại ống

Ðây là loại máy có roto nhỏ và dài để phân riêng các huy ền phù và nhũ
tương. Ðường kính của roto vào khoảng 200 mm, tỉ lệ giữa chiều dài roto v ới
đường kính của nó khoảng 5-7. Nếu máy dùng để phân riêng huy ền phù thì đ ầu
trên của roto (nắp roto) chỉ có một lỗ để nước trong đi ra, còn bã đ ược gi ữ l ại
trong thành roto và được tháo ra bằng tay. Nếu máy dùng phân riêng nhũ t ương
thì ở nắp rôto có hai lỗ thoát: lỗ gần trục để thoát pha nh ẹ, l ỗ kia đ ể thoát pha
nặng. Nhũ tương đưa vào rôto dưới áp suất 0,25-0,3 at qua dĩa phân ph ối và đi ra
khoảng không gian giữa roto và các tấm chắn (được gắn d ọc theo chi ều dài c ủa
roto, gồm ba tấm cách nhau 1200).
Khi phân ly nhũ tương cho pha nặng và pha nhẹ không trộn lẫn nhau thì
dùng tấm tách sao cho bán kính lớp phân chia phải nằm trong vành khăn c ủa

tấm tách.
Hình 11. Máy ly tâm siêu tốc loại ống
Các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm đều được chế tạo bằng thép
12X18H10T và 20X13. Khoang bên trong của khung bằng gang được phủ l ớp s ơn
chịu axit. Ưu điểm : gọn, tiện lợi cho các thao tác và có s ố vòng quay l ớn m ặc dù
đường kính roto nhỏ.

16


1.4. Các hãng có thiết bi tương ứng (nếu có)
1.4.1. Thiết bi ly tâm xuất xứ Thụy Sĩ - hãng Tetra Centri
Trong suốt một chặng đường lịch sử dài hơn 1 thế kỉ, các thi ết bị ly tâm
của Tetra Park đạ được thực tế chứng minh đạt được hiệu quả cao trong các
ngành công nghệ sản xuất đồ uống.Truyền thống tiếp tục được duy trì b ằng
một loạt các mẫu mã thiết bị mới có năng suất cao h ơn, đ ạt được hi ệu su ất v ề
năng lượng, co nhiều tiêu chuẩn mới thích hợp được áp dụng trong một phạm vi
rộng lớn.

Các thiết bị ly tâm của hãng Tetra Park hoat đ ộng theo công ngh ệ m ới
Tetra Centri Air-Tight®, thiết bị hoàn toàn kín khí do bồn ly tâm đ ược làm đầy.
Đặc điểm thiết kế mới của thiết bị ở chỗ có 1 cửa dẫn khí ra- vào, bảo đảm thi ết
bị hoạt động nhẹ nhàng, sữa ít bị tổn thất, quá trình được diễn ra hoàn toàn
Nguyên tắc hoạt động chung cua thiết bi ly tâm hãng Tetra-Centri :
Sữa được bơm vào từ một trục rỗng nằm phía dưới cùng của thi ết bị ly
tâm. Cửa ống dẫn khí vào đóng lại ngăn chặn sự xâm nhập của không khí. T ốc đ ộ
của các sản phẩm sữa được gia tăng nhẹ nhàng ngăn ngừa những thi ệt hại cho
sản phẩm và cho phép thiết bị hoạt động đạt được hiệu quả rất cao. C ơ ch ế
đóng kín hoàn toàn trong thiết bị (để ngăn khí xâm nhập vào ho ặc thoát ra kh ỏi
thiết bị) diễn ra không liên tục giúp sữa được bơm vào một cách từ từ, do đó tốc
độ sữa bơm vào thiết bị cũng gia tăng từ từ. Đường kính của ống bơm được thi ết
17


kế sao cho áp suất đạt được ở đầu ra của nguyên liệu là tối ưu phù h ợp cho các
thiết bị trong các quy trình sau. Với thi ết kế như trên cho phép gi ảm ph ần thi ết
kế cơ khí cho thiết bị (phần ứng suất tác dụng lên thiết bị giảm). ch ất lượng của
thiết bị vẫn được duy trì và toàn bộ phần diện tích thi ết bị được giảm thi ểu sẽ
đem lại lợi ích về mặt năng lượng, chi phí năng lượng sử dụng cho thi ết b ị (khi
thể tích thiết bị giảm) cũng được giảm theo. phần cặn l ắng tách được gi ữ l ại
trong thiết bị và lấy ra liên tục một cách tự động theo th ời gian. Sử dụng dòng
nước để điều khiển việc đóng và mở các van trong thiết bị.
Sau khi sử dụng, cần sử dụng hóa chất tẩy rửa để làm sạch hoàn toàn
thiết bị, khi rửa thết bị, ngườita sử dụng phương pháp làm sạch bằng acid và
kiềm bảo đảm các chất nhầy, chất cặn lắng tích lũy trong thi ết b ị đ ược tháo
hoàn toàn ra khỏi thiết bị.
Bộ điều khiển thiết bị được kết nối với máy vi tính.
Toàn bộ các bộ phận của thiết bị được làm bằng thép không gỉ. các thi ết bị
đi kèm với thiết bị này như động cơ điện có vỏ cũng làm bằng thép không g ỉ,

cyclone thu hồi chất cặn cũng làm bằng thép không gỉ.
Một thiết bị tiêu chuẩn là bao gồm các bộ phận: động cơ điện, các đĩa có
cấu tạo theo tiêu chuẩn, van khóa khí tự động, cyclon thu hồi cặn, vòng xoắn hấp
thu năng lượng động học của cặn lọc bỏ thiết bị có các bích n ối được b ố trí phía
ngoàiđể thuận lợi cho việc tẩy rửa , làm sạch.

Hình 14. Thiêt bi ly tâm tách béo khỏi dich whey
18


1.4.2. Thiết bi ly tâm hãng Westfalia (ĐỨC)

Hình 17. Giới thiệu một số hình ảnh thiết bi ly tâm hãng Westfalia (ĐỨC)
1.4.3. Thiêt bi ly tâm đĩa chồng hãng Flottweg

Hình 18. FLOTTWEG DISC STACK CENTRIFUGE AC 2500
Ứng dụng :

19


-

Sản xuất lactoza và casein. Máy ly tâm được sử dụng cho dịch s ữa đã tách
phomat. Các đĩa FLOTTWEG chồng lên nhau.

-

Ngoài ra thíêt bị này còn được ứng dụng rông rãi trong các ngành công nghi ệp
khác như Công nghiệp Đồ uống, công nghiệp thức ăn, hóa học/ hiệu thuốc,

động vật/ dầu, dầu khoáng thực vật.

1.4.4. Thiết bi ly tâm xuất sứ Italy _hãng Seital S.r.l

Hình 19. Seital SE 05X Separator
Các thông số chinh cua thiết bi:
- Type: SE 05X
- Serial Number: M 00629
- Stock code: 3250
- Max Solid / sludge density - 1.35 kgs/dm3
- Max product density - 1.1 kgs/dm3
- Max product temperature - 95 deg C
- Milk skimming capacity - 1,200 l/hr
- Whey skimming, standardisation, milk cleaning capacities - 1,800 l/h
- Bowl capacity – 3lit
- Solid chamber capacity - 1.3 litres
- Milk Standardization Capacity: up to 1.800 l/hr
- Milk Cleaning Capacity: up to 1.800 l/hr
- Capacity: 1200 lit
- Bowl Speed (rpm): 8000
- Throughput (l/hr): 1200 Frequency (hz): 50
- Voltage (volts): 230 / 400
20


- Current (amps): 8.2 / 4.75
- Power (kw): 1.85
- Speed (rpm): 1450
- Other: Comes complete with base plate, set of tools, operation manual and parts
list

- Overall Dimensions ( L x W x H ): 660mm x 600mm x 890mm & Net weight - 160
Kgs.
1.4.5. Thiết bi ly tâm hãng SEITAL

Hình 20. Thiết bi ly tâm hãng SEITAL

Những máy ly tâm đĩa SEITAL cho những công nghiệp hóa chất, dược học,
sữa, đồ uống, dầu và sự làm sạch những dầu khoáng. Được sử dụng trong quá
trình kỹ thuật cho những nhiệm vụ phân tách cơ bản sau:
-

Làm sạch những chất lỏng

-

Sự tách những chất lỏng

-

Sự tập trung

-

Sự khôi phục chât rắn
Những máy ly tâm đĩa Seital có thể được cung cấp trong những thi ết k ế

chặt, được bảo vệ bởi vụ nổ luyện kim, khí

21

1.4.6. Thiết bi ly tâm nằm ngang hãng Pieralisi:

Máy ly tâm trục ngang, nằm ngang (Decanter Centrifuge) PIERALISI nhập
khẩu từ Ý

Hình trên cho thấy có nhiều dạng máy ly tâm nằm ngang, được đặt tên
khác nhau, có cấu tạo và màu sắc khác nhau. Áp d ụng tùy t ừng ngành nh ư: x ử lý
nước thải; sản xuất dầu dừa, dầu ô liu; máy ly tâm tách dầu ngành d ầu khí,
luyện kim; ngành thực phẩm như: sữa, bơ; ngành dược phẩm... Cơ cấu buồng
tách với những kích thước lỗ khác nhau, thông thường, máy ly tâm tr ục ngang
được dùng để tách thô, ưu điểm của thiết bị ở khâu này là lưu lượng tách l ớn và
khả năng làm việc liên tục: vừa nạp liệu vừa tháo bã.
1.4.7. máy ly tâm tách nước dạng trục vít Saito - Nhật Bản:

22


Các ứng dụng công nghiệp cần thiết đầu tư máy ly tâm tách nước dạng
trục vít Saito - Nhật Bản:
+Sản xuất nước rau, củ, quả, hạt
+ CN sản xuất sữa bột, sữa nước
+ Ngành chế biến tinh bột gạo, ngô, sắn, đậu nành
+ Sản xuất thạch cao, sản xuất nhựa PVC.
+ Lĩnh vực xử lý bùn thải.
+ Và rất nhiều ngành Cn sx, chế biến thực phẩm công nghi ệp như: mì ăn li ền,
bún, miến, cháo...
1.5. Ứng dụng trong chế biến thực phẩm
-

Ly tâm tách béo sữa: nguyên liệu sữa được xem như là một hệ nhũ tương
dầu/nước. Thiết bị này còn được gọi là thiết bị phân riêng hệ nhũ tương.
Trong nhóm thiết bị này bao gồm hai dạng thiết bị : Máy ly tâm siêu tốc loại
đĩa và máy ly tâm siêu tốc loại ống. Phân ly và cô đặc dung dịch bột sữa: củ
mì, bắp, gạo,...

-

Sản xuất nước rau quả: Quá trình ly tâm có thể sử dụng để tách các loại ch ất
nhầy khi sản xuất nước ép từ quả citrus hay dứa. Nó cũng có th ể ứng d ụng
trong việc tách các loại tạp chất trong các loại nước quả đ ể sản xu ất n ước
quả trong. Quá trình ly tâm còn được ứng dụng trong sản xuất tinh d ầu t ừ
các quả citrus. Dịch trích thường có chứa 0,5-3% (w/w) tinh d ầu. D ịch trích
này đem ly tâm lần 1 để thu hỗn hợp có hàm l ượng tinh d ầu 50-70% (w/w).
Hỗn hợp này tiếp tục ly tâm hai lần để tách tinh dầu có độ tinh sạch cao hơn.

-

Ly tâm đường: Quá trình ly tâm là công đoạn tách tinh th ể ra kh ỏi m ật b ằng
lực ly tâm trong thùng quay tốc độ cao.

-

Sản xuất bia: trong công nghệ sản xuất bia, phương pháp ly tâm có th ể được
sử dụng để làm trong dịch nha và bia. Quá trình ly tâm cũng có th ể ứng d ụng
để tách nấm men có trong bia. Trong quá trình ly tâm bia, cần đ ảm b ảo đ ộ
kín của thiết bị vì nếu không sẽ gây ra tổn thất CO2 và đ ồng th ời O2 có th ể
xâm nhập vào bia, làm giảm độ bền (hóa lý và sinh học) của sản phẩm.

-

Sản xuất rượu vang: quá trình ly tâm có nhiều ứng dụng trong quy trình công
nghệ sản xuất rượu vang. Quá trình ly tâm có th ể sử dụng riêng ho ặc k ết
23


hợp với quá trình lọc. Để làm trong dịch nho sau khi ép có th ể dùng ph ương
pháp ly tâm. Sau khi lên men, để tách nấm men ra khỏi r ượu vang, cũng có
thể sử dụng phương pháp ly tâm (thường thực hiện trước khi lọc).
(Lê 2011)

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ
2.1. Các thông số ban đầu và lựa chọn tiêu chuẩn
Hầu hết các hệ thống lọc bằng màng đều đòi hỏi tiền xử lí cho nước đầu vào.
Mục đích là để ngăn ngừa sự bít kín, tắc nghẽn và đóng cặn trong màng , tăng tối đa
thời gian giữa các lần rửa màng đồng thời kéo dài tuổi tho của màng. Lựa chọn hệ
thống để thực hiện quá trình tiền xử lí phụ thuộc vào chất lưọng dòng vào, loại màng
và yêu cầu thiết kế của nó. Dưới dây là những thông số cần kiểm soát khi thiết kế RO:

 Hàm lượng chất rắn lơ lửng
Kiểm soát hàm lượng chất rắn lơ lững trong dòng vào nhằm ngăn ngừa sự bít
kín hệ thống màng lọc, giảm số lần phải rữa lọc. Các nhà sản xuất màng lọc thường
định sẵn hàm lượng rắn lơ lững và độ đục tối đa cho phép trong dòng vào đối với mỗi
thiết bị lọc riêng biệt. Đối với hệ thống RO và NF, dòng vào hầu như không được có
chất rắn lơ lững.

 Vi sinh
Vi sinh bám màng lọc có thể phá huỷ màng. Thêm vào đó, màng cellulose
acetate của lọc RO và màng lọc NF có thể bị thoái hoá bởi một vài chủng vi sinh.
Khử trùng bằng chlorine là phương pháp được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, một số

loại màng như polyamide RO không thể chịu được chlorine hoặc những chất oxy hoá
mạnh khác. Do đó, nếu chlorine được sử dụng thì phải có hệ thống khử chlorine trước
khi nước được đưa vào hệ thống lọc.

 Sắt và mangan

24


Nếu có sự hiện diện của sắt hay mangan hay bất kỳ kim loại nặng nào đều có
khả năng phá huỷ màng lọc. Quá trình tiền xử lí có thể vận dụng để loại sắt và mangan
ra khỏi dòng vào như :
- Oxy hoá bằng oxy không khí, chlorine hoặc kali permangannate (KMnO 4) theo sau
là quá trình lọc cát.
- Dùng quá trình trao đổi ion.

 Hàm lượng chất hữu cơ
Dầu, chất béo, các hydro carbon và một số các chất hữu cơ hoà tan có thể phá
huỷ màng. Do đó, chúng không được phép hiện diện trong dòng vào. Quá trình keo tụ
tạo bông, lắng, làm mềm bằng vôi có thể làm giảm hàm lượng hữu cơ trước khi vào hệ
thống lọc. Lọc bằng than hoạt tính đôi khi được sử dụng để loại chất hữu cơ hoặc khử
chlorine của nước đầu vào nhưng nó có thể gây ra các bụi than hoặc làm nhiễm vi
sinh.

 pH
Mỗi loại màng lọc được thiết kế để vận hành với khoảng pH khác nhau. Màng
polyamide trong lọc RO và NF chịu được khoảng pH 4-10. Trong khi đó, một số loại
màng cellulose acetate đòi hỏi pH ở mức nghiêm ngặt hơn từ 4 đến 6,4.

 Nhiệt độ

Nhiệt độ có thể làm biến đổi đặc điểm vật liệu và tuổi tho của màng, làm thay
đổi tính tan của các hợp chất vô cơ, giảm khả năng khử khoáng của màng.

 Tỉ lệ nước sạch ( Water recovery )
Phần trăm lượng nước cấp vào thành nước thành phẩm ( nước khử muối )
Trong đó :
Qp : Lưu lượng nước sạch ( m3/ngày )
Qf : Lưu lượng nước vào ( m3/ngày )
Hệ thống RO thường được thiết kế với : Rc = 50-60 % cho nước lợ
Rc = 20-35% cho nước biển

 Tỷ lệ thải muối ( Rejection)
Lượng muối tổng cộng thải bỏ trong dòng đậm đặc ( dòng nước muối )
Trong đó :
25