Thiết kế thiết bị lọc chân không thùng quay lọc dịch mía sau ép năng suất 15m3h

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DỊCH MÍA ĐƯỜNG
1.1.

Tình hình sản xuất mía đường trong nước

Nước ta là một nước có truyền thống sản xuất đường từ lâu đời. Từ lâu, nhân
dân ta đã biết dùng những máy ép giản đơn như máy ép bằng đá, máy ép bằng gỗ dùng
sức trâu bị kéo. Nước mía ép được nấu ra nhiều dạng sản phẩm khác nhau: Mật trầm,
đường phên, đường thô, đường cát vàng. Ở miên Trung, nhân dân ta đã biết dùng lịng
trắng trứng, đát bùn, vơi ... để làm sạch nước mía, sản xuất các loại đường đặc sản như
đường muỗng, đường phèn, đường phổi, đường bông, đường bát dùng trong nước và
xuất khẩu. Trong thời kỳ Pháp thuộc, CN đường hiện đại của ta hầu như khơng có gì.
Nước ta chỉ có hai nhà máy đường hiện đại: Hiệp Hịa (miền Nam) và Tuy Hịa (miền
Trung).
Cơng nghiệp đường ở nước ta trong vòng 100 năm vẫn ở trong tình trạng sản
xuất thủ cơng là chủ yếu. Sau ngày hồ bình lập lại, dưới chế độ xã hội chủ nghĩa, CN
đường hiện đại của nước ta mới bắt đầu phát triển. Ở miền Bắc có các nhà máy đường
hiện đại như: Việt trì, Sơng Lam (350 tấn mía/ngày), nhà máy đường Vạn Điểm (1000
tấn mía/ngày). Ở miền Nam có các nhà máy đường như Quảng Ngãi, Bình Dương
(1500 tấn mía/ngày), Phan Rang (350 tấn mía/ngày), và hai nhà máy luyện đường
Khánh Hội (150 tấn đường thơ/ngày), Biên Hịa (200 tấn mía/ngày). Sau này mới xây
dựng thêm các nhà máy như La Ngà (2000 tấn mía/ ngày) v.v… Tính đến thời điểm vụ
mía 1997- 1998 cả nước có trên 250.000 ha mía tăng hơn 67% so với năm 1994 và đạt
sản lượng 11,5 triệu tấn mía cây.
Về cơng nghiệp chế biến Năm 1994 cả nước mới có 12 nhà máy đường cơ giới
chế biến khoảng 20% sản lượng mía cây, phần cịn lại chế biến bán cơ giới và thủ

cơng, hiệu suất thu hồi thấp. Thực hiện chương trình 1 triệu tấn đường vào năm 2000
của chính phủ, đến vụ mía 1997-1998, cả nước đã có 35 nhà máy đường hoạt động với
tổng công suất ép 50.800 tấn, tăng gâp 5 lần so với năm 1994. Cùng với các cơ sở chế
biến bán cơ giới và thủ công, tổng sản lượng chung cả nước năm đó đạt 552.000 tấn.
Vào năm 2000 thì cả nước đã có 50 nhà máy đường mía hiện đại (trong đó có 4 nhà
máy mở rộng công suất) đưa tổng công suất ép lên 93.500 tấn mía/ngày dưới nhiều
hình thức đầu tư như liên doanh hay 100% vốn nước ngồi.
1.2.

Ngun liệu mía

1.2.1. Phân loại
Cây mía thuộc họ hồ thảo, giống sacarum, được chia làm 3 nhóm chính:
Nhóm Sacarum officinarum: là giống thường gặp và bao gồm phần lớn các
chủng đang trồng phổ biến trên thế giới
Nhóm Sacarum violaceum: Lá màu tím, cây ngắn cứng và khơng trổ cờ


Nhóm Sacarum simense: Cây nhỏ cứng, thân vàng nâu nhạt, trồng từ lâu ở
Trung Quốc Giống mía đóng một vai trò rất quan trọng trong việc sản xuất
nguyên liệu cho cơng nghiệp chế biến đường. Các giống mía có thời gian
sinh trưởng khác nhau (chín sớm, chín trung bình, chín muộn) góp phần
hình thành cơ cấu giống mía, nhằm rải vụ trồng và kéo dài thời gian chế
biến cho các nhà máy đường. Trong sản xuất thường chú ý phát triển mạnh
các giống sau:

− Giống ROC1-Tân Đại Đường1 (Đài Loan): chín sớm, thích ứng rộng,
hàm lượng đường cao, năng suất cao, chịu đất xấu, chịu hạn, gốc
nẩy mầm chậm, thu hoạch vào đầu vụ.
− Giống ROC10-Tân Đại Đường10 (Đài Loan): có đặc tính chung giồng

ROC1 như thích ứng rộng, chịu được đất chua mân, chụ thâm canh,
chín trung bình, thu hoạch vào giữa và cuối vụ.
− Giống Quế đường 11 (Quảng Tây- Trung Quốc): chin sớm, thu hoạch
vào đầu vụ, sinh trưởng mạnh, khả năng lưu gốc tột, t1inh thịch ứng
rộng, chịu hạn, chịu đất xấu, chịu ẩm ướt, năng suất cao và có hàm
lượng đường cao. Ngồi ra chúng ta đã lai tạo được một số giống mía
cho năng suất cao như: Việt đường 54/143 (hàm lượng đường 13,5 –
14,5%, loại chín sớm), Việt đường 59/264 (hàm lượng đường 14 –
15%, không trổ cờ), VN 65 – 71 (năng suất 70 – 90 tấn/ ha), VN 65 –
48 (năng suất 50 –95 tấn/ ha), VN 65 – 53 (năng suất 45 – 80 tấn/
ha).

1.2.2. Hình thái
Cây mía gồm 3 phần chủ yếu: rễ, thân và lá.

− Rễ mía: thuộc loại rễ chùm, có tác dụng giữ cho mía đứng, hút nước
và
các
chất
dinh
dưỡng từ đất để ni cây mía. Một khóm mía có thể có 500-2000 rễ,
trọng lượng chiếm 0.855% trọng lượng cây mía, thường tập trung ở
độ sâu 0.3-0.4m, cá biệt tới 1-1.5m.
− Thân mía: hình trụ đứng hoặc hơi cong, tuỳ theo giống mà màu sắc
khác nhau như: vàng nhạt, màu tím đậm… Trên vỏ mía có một lớp
phấn trắng bao bọc. Thân mía chia làm nhiều dóng, mỗi dóng mía
dài khoảng 0,05-0,304 m (tuỳ theo giống mía và thời kỳ sinh trưởng).
Giữa 2 dóng mía là đốt mía, đốt mía bao gồm đai sinh trưởng, đai rễ,
đai phấn mầm, và sẹo lá. Thơng thường, mía phát triển theo chiều
cao từ 2.43-2.35m/năm hay 2-3 dóng/tháng.

− Lá mía: làm nhiệm vụ quang hợp nước, CO2 và các chất dinh dưỡng
để biến thành gluxit, các chất tổng hợp có chuỗi nitơ và là bộ phận
thở và thốt ẩm của cây mía Lá mọc từ chân đốt mía thành hàng so
le hoặc theo đường vịng trên thân cây. Lá mía màu xanh (với một số
giống cá biệt có thêm màu vàng hoặc tím), mép lá có hình răng cưa,
mặt ngồi phần lớn có lớp phấn mỏng và lơng bám. Tuỳ thuộc vào
giống mía, lá có chiều dài 0,91–1,52m, chiều rộng 0,01 – 0,30m.


1.2.3. Thu hoạch và bảo quản
Mía được xem là chín khi hàm lượng đường trong thân mía đạt tối đa và
lượng đường khử cịn lại ít nhất. Các biểu hiện đặc trưng của thời kỳ mía
chín:

− Lá chuyển sang màu vàng, độ dày của lá giảm, các lá sít vào nhau,
dóng ngắn dần
− Hàm lượng đường giữa gốc và ngọn xấp xỉ nhau
− Hàm lượng đường khử dưới 1%, (có khi chỉ cịn 0,3%).
− Khi mía chín, tuỳ theo giống mía và điều kiện thời tiết mà lượng
đường này duy trì khoảng 15 – 60 ngày. Sau đó, lượng đường bắt đầu
giảm dần (giai đoạn này gọi là mía quá lứa, hay mía quá chín).
Ở các nước phát triển (Mỹ, Đức,…) thu hoạch mía bằng cơ giới là chủ
yếu, nhiều loại máy liên hợp vừa đốn mía, chặt ngọn và cắt khúc được sử
dụng rộng rãi. Tuy nhiên ở nước ta hiện nay, việc thu hoạch mía vẫn cịn
bằng phương pháp thủ công, dùng dao chặt sát gốc và bỏ ngọn. Sau thu
hoạch hàm lượng đường giảm nhanh, do đó mía cần được vận chuyển
ngay về nhà máy và tiến hành ép càng sớm càng tốt. Để hạn chế tổn thất
đường sau khi thu hoạch, có thể áp dụng các biện pháp sau:

− Chặt mía khi trời rét hoặc hơi rét

− Khi chặt cho mía ngã theo chiều của luống, các cây mía gối lên nhau
(ngọn
cây
này
phủ trên gốc cây kia)
− Chất mía thành đống có thể giảm sự phân giải đường
− Dùng lá mía thấm nước che trong lúc vận chuyển, có thể dùng nước
tưới phun vào mía

1.3.

Tính chất và thành phần nước mía

Mía là nguyện liệu chế biến đường, do đó q trình gia cơng và điều kiện kỹ
thuật chế biến đường đều căn cứ vào mía, đặc biệt là tính chất và thành phần của nước
mía.Thành phần hóa học của mía phụ thuộc vào giống mía, đất đai, khí hậu, mức độ
chín, sâu bệnh,…


Hình 1: Thành phần của dịch mía đường sau khi ép

1.4.

Lọc nước mía

Hình 2: Sơ đồ xử lý nước mía sau khi ép


Lọc là giai đoạn cuối để đưa ra được dịch mía trong và tách bỏ phần bùn đất và các
chất keo tụ có trong dịch mía.

1.4.1. Mục đích q trình lọc
Từ thiết bị lắng phân 2 bộ phận: nước mía trong và nước bùn. Thành phần chủ
yếu nước bùn gồm nước đường, bùn cát vụn bã mía, chất lơ lửng, chất kết tủa, trong
đó >90% nước mía, nên cần phân ly và thu hồi để tận dụng phần nước đường còn lại
trong bùn lắng và loại kết tủa (bùn).
1.4.2. Nguyên lý
Dùng vật liệu nhiều lỗ như vải lọc, lưới kim loại, cát, than hoạt tính làm lớp
lọc. Nước có chứa chất rắn hoặc nước bùn đi qua lớp lọc sẽ xảy ra quá trình phân
li rắn, lỏng. Nước bùn đi qua lớp lọc sẽ cho nước lọc trong và chất kết tủa lưu lại
gọi là bùn lọc. Lúc đầu, lớp lọc khơng đảu dày nên dịch lọc đầu cịn đục, chỉ khi
lớp lọc hình thành lớp bùn đủ dày nước lọc mới trong. Để lọc tốt, một bên của lớp
lọc (vải lọc hoặc lớp lưới kim loại) cần có áp lực tương đối lớn cịn mặt kia hình
thành chân khơng để 2 bên lớp lọc tạo thành hiệu số áp suất thích đáng. Chỉ khi
nào hiệu số áp suất lớn hơn trở lọc của môi trường lọc (vải lọc, bùn) nước lọc mới
có thể chảy ra thuận lợi. Nếu áp lực lọc thấp, q trình lọc khơng thể diễn ra.
1.4.3. Q trình lọc
Mục đích của lọc là loại đi hồn tồn tạp chất khơng tan, để thu nước lọc
trong đồng thời giảm phần đường trong bùn mà dùng nước rửa khơng nhiều. Lọc
nước mía có thể dùng vải lọc để ngăn chất không tan, nước lọc thu được tương
đối trong. Có nhà máy dùng lớp lọc là lưới kim loại nhưng vì lưới có lỗ to, nước
lọc khơng trong cần xử lý lại. Dùng áp lực khơng q lớn vì quá lớn sẽ nén lớp lọc
rắn chắc (giới chất) làm mao quản giảm nhỏ, trở lực lọc tăng lên. Đặc biệt là
phương pháp vôi và phương pháp SO2, chất kết tủa trong lớp bùn tương đối xốp,
mềm, dưới điều kiện áp lực dễ dàng biến dạng và bị nén chặt làm trở lực lọc tăng
rõ rệt, giảm tốc độ lọc. Do đó, lúc hiệu số áp lực đạt đến một trị số nhất định,
tốc độ lọc đạt trị số cực đại, lại tăng hiệu số áp lực thì khơng có hiệu quả. Vì
vậy, áp lực trong quá trình lọc cần điều chỉnh trị số thích hợp, đắc biệt lúc mới bắt
đầu lọc không nên dùng áp lực cao ngay để tránh lớp bùn trên bề mặt vải lọc bị
nén lại làm cho lọc khó khăn về sau. Trong máy lọc chân khơng, vì dùng hiệu số áp
lực lọc có hạn nên khơng có vấn đề như nêu trên nhưng lúc chân khơng cao lọc

tương đối nhanh. Kích thước (to, nhỏ) của mao quản có ảnh hưởng lớn đến tốc độ
và chất lượng q trình lọc. Mao quản tương đối thơ làm cho dịch lọc thong qu
được nhiều. Thông thường chất kết tủa rắn và to hình thành mao quản tương đối
lớn, còn mao quản giữa các hạt li ti (nhỏ) cũng rất nhỏ. Nếu như chất kết tủa
tương đối xốp, mềm, dưới tác dụng của áp lực dễ dàng làm tắc mao quản, giảm
tốc độ lọc đi nhanh chóng. Trong làm sạch nước mía, anbumin và photphat canxi
tương đối nhiều làm chất kết tủa keo tụ lại hình thành hạt tương đối tốt, giảm
được tạp chất nổi li ti. Sunfat canxi tương đối nhiều có thể làm chất kết tủa rắn
chắc, giảm biến dạng dưới tác dụng của áp lực. các chất trợ lắng cũng làm cho


khối kết tủa to lên, giảm tạp chất nổi tự do, các yếu tố đó đều có lợi cho lọc.
Nhưng photphat canxi nhiều quá sẽ làm chất kết tủa quá xốp mềm, hoặc chất trợ
lắng phân bố không đều làm xuất hiện trạng thái keo bám trên lớp vải lọc thì cũng
khơng có lợi cho q trình lọc. Thường các hạt kết tủa trong nước bùn không rắn
chắc, khuấy mạnh làm cho chúng phân tán khơng có lợi (vỡ). Nước bùn chảy ra từ
máy lọc nên trực tiếp đến máy lọc chân không, không qua bơm. Khi cho chất trợ
lắng, nên cho chất trợ lắng và nước bùn vào thùng, sau khi hỗn hợp đầu mới cho
vào máy lọc chân không. Ở nhiệt độ cao, lọc tương đối tốt lúc đó độ nhớt nước
mía giảm, chất kết tủa rất chắc. Ngồi ra, cịn dùng vụn bã mía để cải thiện hình
thái bã lọc, giảm tính nhớt có lợi cho lọc nhưng tăng tổn thất đường trong bùn lọc.
1.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến lọc

−
−
−
−
−

Áp lực lọc và độ chân không (máy lọc chân không)

Chiều dày lớp lọc
Nhiệt độ và độ nhớt bùn
Ảnh hưởng của hạt kết tủa
Ảnh hưởng của quản lý thao tác


CHƯƠNG II: THIẾT BỊ LỌC CHÂN KHÔNG THÙNG QUAY
2.1.

Giới thiệu máy lọc chân không thùng quay

Máy lọc chân không thùng quay được ra đời rất sớm và hiện
đang được sử dụng rất phổ biến trong các nhà máy. Loại máy này
được sử dụng khi yêu cầu có năng suất lớn nhưng nó có nhược điểm
là thiết bị cồng kềnh, cấu trúc phức tạp. Là loại máy làm việc liên
tục, nó được sử dụng rộng rãi trong ngành cơng nghiệp hố chất,
thực phẩm, gốm sứ, luyện kim, ...
Máy lọc chân không thùng quay gồm 2 loại: Loại có bề mặt lọc
bên ngồi và loại có bề mặt lọc bên trong. Trong phạm vi bài tập lớn
này em xin chỉ đề cập đến loại máy có bề mặt lọc bên ngồi, gồm có
các bộ phận:
1. Thùng rỗng,bên trong chia thành các hốc hướng tâm.
2. Bể chứa huyền phù, trong bể có khuấy trộn bằng cánh khuấy
để ngăn cho huyền phù không lắng cặn lại.
3. Nắp phân phối (hay còn gọi là đầu phân phối)
4. Cơ cấu tháo bã và bộ phận miết các khe nứt trong bã.
5. Lưới kim loại và vải lọc phủ xung quanh thùng.
6. Bộ phận phun nước rửa bã.
7. Hệ thống truyền động,
8. Các cổ trục của thùng nằm trong 2 ổ đỡ, một đầu cổ trục nối

với bộ phận truyền động, một đầu còn lại kề sát với nắp phân
phối, Thùng quay chậm với tốc độ 0,1 tới 2,6 vòng/phút. Huyền
phù liên tục chảy vào bể và để giữ cho mức huyền phù khơng
đổi, trên bể có ống chảy về. Thường 1/3 chiều cao thùng ngập
vào trong bể chứa huyền phù.


Hình 3: Cấu tạo của một hệ thống lọc chân không thùng quay cơ bản

2.2.

Nguyên lý hoạt động

Thùng quay một nhúng vào bể chứa huyền phù, trong bể có
cánh khuấy để giữ không cho huyền phù phân lớp. Thùng quay có
đục lỗ, trên bề mặt thùng được phủ lưới kim loại và vải lọc. Bên trong
thùng rỗng được hút chân không. Nước lọc chui qua lớp vải lọc, lưới
kim loại , qua các lỗ của thùng rồi vào các ngăn hướng kính, rồi vào
các rãnh của trục rỗng, qua đầu phân phối rồi vào thùng chứa. Tuỳ
theo tính chất huyền phù và yêu cầu của quá trình lọc mà độ nhúng
chìm của thùng vào khoảng 0,3m đến 2m (tương ứng với góc ở tâm
120˚ đến 140˚). Bã bám vào mặt ngoài của vải lọc và được tách ra
nhờ dao cạo bã. Bộ phận phức tạp nhất của máy lọc này là đầu phân
phối. Đầu phân phối dùng để nối liền thùng quay với các đường ống
hút chân không và không khí nén. Nó gồm một đĩa cố định và mơt
đĩa di động. Các lỗ trên đĩa di động ăn thông với một ngăn của thùng
quay, còn các lỗ trên đĩa cố định nối với các đường ống dẫn nước lọc,
nước rửa và khơng khí nén. Khi thùng quay (đĩa di động quay), mỗi
một lỗ của đĩa di dộng lần lượt thơng với các đĩa của đĩa cố định.

Hình 4: Cấu tạo đầu hút và tấm lỗ

Hình 5: Cấu tạo đường ống dẫn

Do đó cứ một vịng quay thì một ngăn của thùng đều được thực
hiện tất cả các giai đoạn của q trình lọc là : lọc, sấy khơ lần 1, sấy
khơ lần 2, cạo bã và hồn ngun vải lọc. Khu vực lọc, tất cả các
ngăn của khu vực này đều được hút chân không, nhờ vậy nước lọc đi
qua lớp vải, qua các lỗ của thùng rồi vào các ngăn của thùng, đi lên
trục rỗng, qua đầu phân phối và đi đến thùng chứa, bã bám trên bề


mặt ngoài của vải lọc. Khu vực sấy bã lần 1, tiếp tục hút chân không
để tách nốt phần nước lọc còn nằm trong bã, bã vẫn bám chặt trên
bề mặt vải lọc. Khu vực rửa bã, ở khu vực này vẫn tiếp tục hút chân
không bên trong thùng , nước rửa được tưới lên bề mặt bã nhờ vòi
phun, chui qua lớp bã và lớp vải lọc rồi vào các ngăn, lên trục rỗng
qua đầu phân phối rồi đi ra ngoài bằng một đường khác với đường
dẫn nước lọc. Khu vực sấy bã lần 2, tiếp tục hút chân khơng để tách
phần nước rửa cịn lại trong bã đồng thời ép bã, tránh nứt lớp bã. Khu
vực cạo bã, thổi khơng khí vào các ngăn thuộc khu vực này để bã
bong ra,dễ cạo bã hơn. Khu vực hoàn nguyên vải lọc, khơng khí nén
thổi vào các hốc làm cho vải phồng lên, các hạt bã cịn bít lỗ vải lọc
sẽ được thổi bung ra. Để giữ cho vải lọc khơng bị giãn dài khi thổi khí
nén vào, người ta dùng sợi dây mỏng quấn theo đường xoắn toàn bộ
bề mặt thùng, hai đầu dây buộc chặt vào thành bên của thùng. Với
máy lọc lớn thì số đầu phân phối là 2, với máy lọc nhỏ thì chỉ cần 1
đầu phân phối là đủ.
Trên đây là phần trình bày về cấu tạo chung của máy lọc chân
không thùng quay một cách đầy đủ, nhưng trên thực tế do đặc điềm

yêu cầu của việc lọc khác nhau tuỳ từng trường hợp mà người ta có
thể bỏ bớt các giai đoạn khơng cần thiết nhằm rút ngắn quá trình
lọc, giảm tiêu tốn năng lượng và các thiết bị phụ trợ.

Hình 6: Thiết bị lọc chân không thùng quay


CHƯƠNG III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ LỌC CHÂN
KHƠNG THÙNG QUAY
3.1.

Tính tốn cơng nghệ thiết bị

3.1.1. Các thơng số công nghệ
P = 0,3 atm

− P – Áp suất lọc.
rb = 5.108 N/m

rb

−

- Trở lực bã lọc.
µl = 8.10−3 Ns/m 2

− Độ nhớt nước lọc:
µr = 10−3 Ns/m 2

− Độ nhớt nước rửa:

ρlong = 1200 kg/m3

− Khối lượng riêng pha lỏng:
ρ ran = 2000 kg/m3

− Khối lượng riêng pha rắn:

C1 = 0, 06 kg / kg

C1

−

- Hàm lượng pha rắn trong huyền phù.
C2 = 0,8 kg / kg

C2

−

- Hàm lượng pha rắn trong bã ẩm.
h2 = 0, 006 m

h2

−

- Bề dày lớp bã ẩm chọn
ρ0

ρ0 = 3,89.109 l / m

−
- Trở lực riêng vải lọc.
− G - Năng suất lọc 15m3/h
3.1.2. Thời gian lọc của 1 chu trình
Thời gian một chu tr:

τ ctr = τ l + τ r + τ p

a. Thời gian lọc
τl =

b1.h2
.(h2 + 2uv0 )
b1 ( s / m 2 )
U2

;
Ta có:
b1 =

- hằng số lọc.
µl .rb .C
2.∆P

.


Trong đó:

C=

ρ1
1
1
−
C1 C2

→C =

1200
= 77,8 kg / m3
1
1
−
0, 06 0,8

C - khối lượng bã khô ứng với 1 m3 nước lọc (kg/m3)
∆P (N / m 2 )

- Động lực học quá trình lọc
∆P = Pkq − P

→ ∆P = 1 − 0,3 = 70927,5 N / m 2
8.10−3.5.108.77,8
→ b1 =
= 2194 s / m3
2.70927,5
m 3 / m3

U - Thể tích bã ẩm ứng với một đơn vị thể tích nước lọc (

)

 ρ 
1 − C2 1 − long ÷ 1 − 0,8 1 − 1200 ÷
ρ ran 

 2000  = 0, 227 (m3 / m3 )
U=
=
C2
0,8
−1
−1
1 − C2
1 − 0,8

v0

( m3 / m 2 )

- Thể tích nước lọc tương ứng với một đơn vị bề mặt lọc
ρ0
3,89.109
v0 =

→ τl =

rb .C

=

5.108.77,8

= 0,1

2194.0, 006
.(0, 006 + 2.0, 227.0,1) = 13,1 s
0, 227 2

b. Thời gian rửa
τr = 2
b2 ' =

b2' .h2
( h2 + uv0 )
U

α 0 .ρb .µ r .rb .C
2∆Pr

Trong đó:
α0

−

: hệ số kinh nghiệm cho biết lượng nước cần thiết để rửa 1 kg bã. Chọn
α 0 = 0, 007 m3 / kg

ρb

kg / m3

−

: Khối lượng riêng của bã ẩm (
ρb =

1
1
=
= 1765 kg / m 3
C 2 1 − C2
0,8 1 − 0,8
+
+
2000 1200
ρ ran ρlong

µr

−

).

rb = 5.10 m / kg
8

rb

: Trở lực riêng của bã.
: Khối lượng bã khô ứng với
∆Pr

−

C = 77,8 kg / m3

1 m3

C

−

µr = 10−3 Ns/m 2

N . ph / m 2

: độ nhớt của nước rửa (

−

)

N /m

: Động lực học (

nước lọc.

∆Pr = 70927,5 N / m 2

2

).

0, 007.1765.10 −3.5.108.77,8
b2 =
= 6776 ( s / m3 )
70927,5
6776.0, 006
→ τ r = 2.
. ( 0, 006 + 0, 227.0,1) = 10, 28 s
0, 227
'

c. Thời gian phụ
Ta có góc lọc:
ϕl =

τ l .360°
τ .360°
→ τ ctr = l
τ ctr
ϕl

ϕl = 120°

. Chọn
→ τ ctr =

13,1.360°
= 39,3s
120°

τ p = τ ctr − τ l − τ r = 39, 3 − 13,1 − 10, 28 = 15,92 s


3.1.3. Tính chọn các góc làm việc

ϕl =

τ r .360° 1,3.360°
=
= 45°
τ ctr
10

Góc rửa:
ϕl = 120°

Góc lọc:
ϕ p = 360° − 120° − 45° = 195°

Góc phụ:
Trong đó:
ϕ s = 195° − (ϕtb + ϕc )

− Góc sấy:

ϕtb = 19°

− Góc tháo bã:
ϕtb = 3° +

− Góc chết:

360°
N

. N: tổng số ngăn. Chọn N = 12 ngăn.
→ ϕtb = 3° +

360°
= 30°
12

→ ϕ s = 195° − (19 + 30) = 146°


ϕ s = 106°

− Góc sấy khơ thực tế:

ϕ s = ϕc + ϕl = 18 + 120 = 138°

− Góc hình quạt ngập trong thùng:
3.2. Tính cơ khí thiết bị

3.2.1. Kích thước thùng
Diện tích bề mặt lọc của thùng:
F=

Vs .τ ctr
= π .D.L (m 2 )
V .η

Trong đó:
Vs = 15 m3 / h = 4,17.10−3 m3 / s

Vs

−

- Năng suất lọc theo thể tích huyền phù.
τ ctr
τ ctr = 39,3 s

−

- Thời gian 1 chu trình.
V

−

- Lượng nước lọc ứng với 1 đơn vị diện tích bề mặt lọc
V=

h2 0, 006

=
= 2, 64.10−2 (m3 / m 2 )
U 0, 227

η

−

η = 0,85

- Hệ số chỉ sự bít kín các lỗ mao quản làm giảm vận tốc lọc.
V .τ
4,17.10−3.39,3
F = s ctr = π .D.L =
= 7,3 m 2
V .η
2, 64.10−2.0,85
⇒
D.L = 2, 32

D = 1, 2 m L = 2 m

Chọn đườn kính

,

.

3.2.2. Độ nhúng sâu của thùng quay trong huyền phù
Độ nhúng sâu của thùng:

H=

Trong đó:

D
ϕ
(1 − cos )
2
2


−

D = 1, 2m

D

ϕ

−

- đường kính thùng,

ϕ = 138°

- góc hình quạt ngập trong huyền phù
D
ϕ 1, 2
H=

138
(1 − cos ) =
(1 − cos
) = 0, 4m
2
2
2
2

⇒
3.2.3. Tốc độ quay của thùng
n=

60
60
=
= 1,5 (v / ph)
τ ctr 39,3

3.2.4. Thể tích hữu ích của bể chứa
Vb = Qhp .τ ctr = 1,9.10 −2.10 = 0,19 m3
Qhp

Trong đó

m3 / ph

: Thể tích huyền phù cho vào

.

Qhp = Vs = 1,9.10−2 m3 / ph

Ta chọn bể chứa:
R =1 m

− Bán kính:
− Chiều dài thùng chứa:

L=2m

3.3. Công suất truyền động thùng quay
Công suất truyền động của máy lọc chân không thùng quay làm việc dùng để
khắc phục các mômen trở lực sau đây:

− Mômen trở lực do lớp bã không cân bằng gây ra khi thùng quay
M1
− Mômen trở lực cạo bã M2
− Mômen trở lực do thùng quay ma sát với huyền phù M 3
− Mômen trở lực do ma sát của đầu trục máy lọc với nắp phân
phối M4
− Mômen trở lực do ma sát trong các ổ đỡ của trục máy lọc M 5
3.3.1. Mômen trở lực do lớp bã không cân bằng gây ra khi thùng quay M1
Thường bã phủ 3/4 bề mặt lọc của thùng vì thế sự mất cân bằng do thiếu 1/4 bề
mặt lọc.


M 1 = G1.r.sin α ( N .m )

Trong đó:

G1

−

- Trọng lượng lớp bã không cân bằng
G1 = F1.h2 .γ 0

−
F1

m2

−

- Diện tích bề mặt lớp bã khơng cân bằng (
h2 = 0, 006 m

h2

−

- Bề dày lớp bã.
γ0

−
−
−

)

N / m3

- Trọng lượng xốp của lớp bã ẩm (

r

)

- khoảng cách từ trọng tâm phần bã của thùng đến trục thùng (

α = 90°

m

)

- góc hình quạt của phần bã không cân bằng trên thùng ,
tức là ở điều kiện bã phủ 3/4 bề mặt thùng.

Ta có:
F1 = 0, 785.D.L = 0, 785.1, 2.2 = 1,89 m 2

r = 0,5.( D + h2 ) = 0,5.(1, 2 + 0, 006) = 0, 6 m

γ 0 = g.ρb = 9,8.1500 = 14700 (N / m3 )

G1 = 1,89.0, 06.14700 = 1667 ( N )
M 1 = 1667.0,6.sin 90° = 1000 ( N .m )

⇒

3.3.2. Mô men trở lực cạo bã
M2 =

Trong đó:

f1.P.D
2

( N .m )


f1 = 0,1 → 0,3

f1

−

- hệ số trở lực khi cạo bã.

f1 = 0, 2

. Chọn

P = K .h2 .L

−
−

- lực cạo bã (N)
K = 40000 N / m 2

K

- trở lực riêng cạo bã.
0, 2.40000.0, 006.1, 2.2
M2 =
=57,6 ( N .m )
2

⇒
3.3.3. Mômen trở lực do thùng quay ma sát với huyền phù M3
M 3 = 0,02.M 2 = 0, 02.57,6 = 1, 2 ( N .m )

3.3.4 Mômen trở lực do ma sát của đầu trục máy lọc với nắp phân phối M4
M 4 = Z . f 2 .P0 .F .ρ m ( N .m )

Trong đó:

−

Z =1

Z

- số lắp phân phối của máy lọc.
f 2 = 0,12

f2

−

- hệ số ma sát của đầu trục máy lọc với nắp phân phối.
P0

−

- Áp lực riêng giữa bề mặt tiếp xúc của nắp phân phối với
đầu trục máy lọc.

(

P0 = 362800 N / m 2

−

)

F

- bề mặt ma sát
F = 0, 785.( d 2 2 − d 32 ) − nc . f 0

− d2, d3 : đường kính ngoài và trong của đầu trục rỗng của máy
lọc.
d2 = 0,5 [m], d3 = 0,44 [m]
nc = 12

−

- số lỗ, ngăn hốc rãnh.

f 0 = 2,5.10−4 m 2

−

- diện tích 1 lỗ.


F = 0, 785.(0,52 − 0, 442 ) − 12.2,5.10−4 = 41.10−3 m 2

⇒

ρm

−

- bán kính ma sát:
ρ m = 0,33.

d 23 − d 33
0,53 − 0, 443
=
0,33.
= 0, 23 m
d 2 2 − d32
0,52 − 0, 442

M 4 = 1.0,12.362800.41.10−3.0, 23 = 411( N .m )

⇒
3.3.5. Mômen trở lực do ma sát trong các ổ đỡ của trục máy lọc M5

M5 =

µ0 .Gt .d 0
( N .m )
2

Trong đó:
µ0

−

: hệ số ma sát của trục trong các ổ đỡ; chọn chế độ bơi trơn
nửa ướt µ = 0,06
0

Gt

−

: trọng lượng của trục quay, thùng quay và của bã, [N]
Gt = 500.9,8 = 4900 N

−

d 0 = 0, 25m

d0

−

- đường kính cổ trục.
M5 =

0, 06.4900.0, 25
= 36,75 ( N .m )
2

Tổng các mô men trở lực:
5

M = ∑ M i = 1000 + 57, 6 + 1, 2 + 411 + 36, 75 = 1506,55 ( N .m )
i =1

3.3.6 Cơng suất truyền động
Ntd =

Trong đó:

1,15.M n
KW
η


− n : số vòng quay của máy lọc. n = 0,025 v/s
η

−

η = 0,9

- hiệu suất động cơ.
Ntd =

1,15.1506,550,025
= 1,5 KW
0, 9

3.3.7. Chọn động cơ
Chọn động cơ điện bao gồm những việc chính là chọn kiểu động cơ, chọn công
suất động cơ, chọn công suất điện áp và số vòng quay của động cơ. Chọn loại kiểu
động cơ điện nhằm mục đích để động cơ làm việc phù hợp với vai trị truyền động của
máy, phù hợp với mơi trường bên ngoài, vận hành được an toàn và ổn định. Chọn đúng
cơng suất động cơ có một ý nghĩa kinh tế hợp lý. Nên chọn công suất động cơ bé hơn
cơng suất phụ tải thì động cơ ln ln làm việc trong điều kiện quá tải, nhiệt độ động
cơ sẽ tăng lên quá nhiệt độ cho phép, động cơ chóng hỏng. Ngược lại, nếu chọn cơng
suất động cơ lớn q thì sẽ tăng vốn đầu tư, khn khổ cồng kềnh, động cơ luôn làm
việc non tải, hiệu suất sử dụng sẽ thấp. Động cơ điện được chọn sao cho trong q
trình làm việc có thể sử dụng hết cơng suất của bản thân nó, nhưng phải thỏa mãn 3
điều kiện :

− Động cơ khơng phát nóng q nhiệt độ cho phép.
− Có khả năng quá tải trong thời gian ngắn.
− Có mơmen mở máy đủ lớn để thắng mơmen cản ban đầu phụ tải khi mới khởi
động.
Lựa chọn phương án truyền động: Với khả năng tự hãm, chế độ làm việc êm, kích cỡ
gọn nhẹ và đặc biệt bền tuổi thọ cao của bộ truyền động trục vít - bánh vít, đây là sự
lựa chọn phù hợp cho thiết bị lọc chân không thùng quay. Chọn động cơ giảm tốc trục
vít bánh vít vng góc cơng suất 1,5KW tỉ số truyền u = 9,6

Hình 7: Động cơ giảm tốc trục vít bánh vít

3.4. Tính tốn cơ cấu khuấy cho máy lọc chân khơng thừng quay
Để tránh sự lắng của các hạt rắn, ta phải đặt thêm cơ cấu khuấy trong thùng
chứa
huyền phù. Đối với máy lọc loại lớn phải có cơ cấu truyền động riêng. Khi cơ cấu
khuấy truyền động sẽ làm cho chất lỏng trong thiết bị chuyển động theo và kéo theo
các hạt rắn cùng chuyển động. Muốn các hạt rắn khơng lắng được thì vận tốc của cơ
cấu khuấy phải đạt đến một giá trị tối thiểu nào đó, nó cịn phụ thuộc tính chất của mơi
trường và các thơng số hình học của cơ cấu khuấy.
Mặt khác, các quá trình khuấy trộn được đặc trưng bởi hai yếu tố: hiệu quả
khuấy
trộn và tiêu hao năng lượng. Đối với cơ cấu khuấy của máy lọc chân khơng thùng quay
thì cơ cấu khuấy phải có một hệ thống giàn kiểu khung, chuyển động lắc qua lắc lại
trong thùng chứa huyền phù.
Dựa vào các thông số ảnh hưởng đến công suất của cơ cấu khuấy, ta có:

N = f (µ,ρ,g, n,dk, D)
Trong đó:

− µ: độ nhớt của chất lỏng, µ= 10-3 [N/m .s];
− n: số vòng quay của trục khuấy ( do là cơ cấu khuấy lắc, ta có thể coi n chính là
số vịng quay của trục lệch tâm), chọn n = 0,5 [v/s] ;
− ρ: khối lượng riêng chất lỏng, ρ= 1000 [kg/m3];
− g: gia tốc trọng trường [m/s2];
− dk: đường kính cánh khuấy, chọn dk= 2 [m]
− D: đường kính thiết bị, D= 1,2 [m];
2

Dựa vào các phương pháp phân tích thứ ngun, ta có cơng thức tính tốn của công

suất như sau:


N = µ .n 2 .d k 3 .c.Re r k .Fr n k .Γ I a

Trong đó:
C = 0, 75. 7 v

− C: hệ số trở lực, tính theo cơng thức:

(

)

(

v = µ .g / ρ = 10 ..10 / 1000 = 10−5 m 2 / s = 0,1 cm 2 / s

v

−

.
−3

)

: Độ nhớt động lực học.
→ C = 0, 75. 7 0,1 = 0,72

−
−

Re Fr

,

Γ

: Các chuẩn số.

: Hệ số

Ngồi ra, cơng suất động cơ cịn được tính theo cơng thức:
χ

 A
N = S .Q.E.π .  ÷
 dk 

Trong đó:

− S: hệ số cơng suất [kgm/s] , tính theo cơng thức:

S = ( µ .g ) .n 2 .d k 3 = 10.10−3.0,52.0,53 = 3,125.10−4 ( kg.m / s )

−
− Q: hệ số không thứ nguyên, tính theo cơng thức:
Q = C.Re k = 0, 721.1,106.103 = 796,32

−
A
dk

−
−

χ

: Đặc trưng cho hệ số hình học
: Đặc trưng cho các số mũ bậc a,b,c,…
N = S .Q = 3,125.10−4.796,32 = 0, 25 kW

Công suất xác định theo phương trính trên cịn chưa kể đến những tổn hao do ma
sát, do đặt thêm các ống...Do đó cơng suất động cơ thực tế được tính theo cơng thức:


N dc = ( 1 + f ) .N / η

Trong đó:

− f : hệ số ma sát, f = 0,1;
− η: hệ số truyền động, η= 0,9;
→ N dc = ( 1 + 0,1) .0, 25 / 0,9 = 0,3 ( kW )

Các thông số cánh khuấy:

−
−
−

−
−

Chiều dày cánh khuấy: δ = 6 [mm]
Chiều dài cánh khuấy: l = 1500 [mm]
Chiều rộng cánh khuấy: b = 90 [mm]
Số cánh cơ cấu khuấy: n = 5
Công suất động cơ truyền động: Nđc = 0,5 [kW]

3.5. Tính chọn bơm chân khơng
Chân không là lĩnh vực đang được ứng dụng rất nhiều trong cơng nghiệp phun
sơn, hóa chất, dệt may,… và đặc biệt là công nghệ thực phẩm. Đối với thiết bị lọc
chân không thùng quay, bơm chân không làm nhiệm vụ tạo ra chênh lệch áp suất lọc,
tạo ra động lực học cho quá trình lọc.
Nguyên lý làm việc của bơm chân không:
Trong bơm chân không bánh guồng lắp lệch tâm, trước tiên mở
bơm, đổ nước vào trong bơm, khi bánh guồng chuyển động nước
chịu
tác
dụng
của
lực
ly
tâm
và
trên
vách thân bơm vòng nước chuyển động, bề mặt trong phần trên
vòng
nước
cắt

nhau
với
may-ơ, chuyển động theo hướng mũi tên, trong q trình chuyển
động
nửa
trước,
bề
mặt vịng nước từ từ tách ra khỏi may-ơ, bởi vậy ở giữ bánh guồng
cánh
guồng
hình
thành khơng gian và từ từ mở rộng, như vậy sẽ hút vào khơng khí ở
cửa hút khí; bề mặt trong của vịng nước từ từ dựa sát vào may-ơ,
dung
tích
khơng
gian
của
gian
cánh
guồng theo đó thu nhỏ, khơng khí gian cánh guồng bởi vậy bị nén và
thải ra. Như vậy bánh guồng mỗi 1 chu kì chuyển động, dung tích
khơng
gian
của
gian
cánh guồng thay đổi 1 lần. Nước mỗi 1 gian cánh guồng giống như
piston
lặp
lại

1
lần,
bơm sẽ hút khí liên tục.


Do trong quá trình làm việc, nước sẽ sinh ra nhiệt, đồng thời 1
bộ phận sẽ cùng vớikhí bị thải ra ngồi, bởi vậy trong q trình bơm
làm việc, trong bơm phải liên tục cấpnước lạnh, để làm lạnh và bổ
sung nước tiêu hao trong bơm. Nước lạnh cấp có nhiệt độ 15˚C là
hợp lý.
Khi khí của bơm thải ra là khí thải, tại một đầu thải khí nối 1
thùng
có
nước,
khí
thải và một phần nước mang theo sau khi thải vào thùng nước, khí
lại
thải
đi
từ
ống
ra
của thùng nước và nước sẽ rơi vào phần đáy của thùng nước qua ống
hồi
nước
lại
về
đến bơm sử dụng, nếu thời gian tuần hoàn nước dài đã gây ra phát
nhiệt,
lúc

này
cần
cung cấp nước lạnh nhất định từ chỗ cấp nước của thùng nước. Khi
dùng máy nén thì cần nối 1 bộ phân ly nước khí ở một đầu thải khí,
khi khí mang nước vào bộ phân ly sẽ tự động chia tách, khí đưa đến
nơi cần thiết từ cửa ra của bộ phân ly mà nước nóng thì qua đóng mở
tự động thải ra. (khi khí nén dễ phát nhiệt, nước sau khi ra từ bơm đã
tạo thành nước nóng) ở phần đáy của bộ phân ly cũng cần cấp nước
lạnh liên tục bổ sung nước nóng bị thải đi, đồng thời có tác dụng làm
lạnh.
Tốc độ của bơm chân khơng
s=

P
V
.ln  1 ÷ ( l / s )
t
 P2 

Trong đó:

s

−
−

: Tốc độ của bơm chân khơng (lít/s).

t

: Thời gian để đạt đến độ chân không yêu cầu (s). Chọn t = 15 phút = 900s.
V = 4, 42 m3

V

−

: Thể tích buồng sấy cần hút chân khơng (lít).

.

P1

−

: Áp suất ban đầu (Pa). P1 = 101325 Pa.
P2

−

: Áp suất chân không (Pa). P2 = 30397,5 Pa.
s=

 P  4, 42.1000  101325 
V
.ln  1 ÷ =
.ln 
= 5,91 ( l / s ) = 21, 28 m3 / h
÷
t

900
 30397,5 
 P2 

(

)


Chọn bơm chân khơng vịng nước:
Thương hiệu bơm hút chân không Busch – Đức
Thông số kỹ thuật:
Bảng 1: Thông số kỹ thuật bơm chân khơng vịng nước
LX 0030B
Busch – Đức
25 m³/h
33 hPa (mbar)
1.1 kW
70 dB(A)
2900 vòng/phút
369 x 200 x 250 mm
28 kg
G 1 “/ G 1”

Hình 8: Bơm chân khơng hãng Busch – Đức

Nếu bạn cần bản vẽ chi tiết vui lòng liên hệ gmail

Xin cảm ơn