Phần I Chương I Đại cương trình thiết bị công nghiệp hoá chất 1.1 Đặc thù nhà máy sản xuất hóa chất yêu cầu máy - thiết bị sản xuất 1.1.1 Đặc thù chung Trong nhà máy sản xuất hoá chất vô cơ, hữu chế biến dầu - khí, than đá, gia công chất dẻo quy trình công nghệ tính chất sản phẩm khác có nhiều qúa trình lý giống nhau: đập, nghiền, sàng, lắng, lọc, sấy, đun nóng, làm lạnh, chưng cất Do có loại máy, thiết bị dùng chung cho ngành kỹ thuật công nghệ hoá học Đặc thù chung nhà hóa chất môi trường sản xuất độc hại, dễ cháy nổ, tính ăn mòn cao Do máy thiết bị sản xuất hoá chất phải đảm bảo yêu cầu sau: 1.1.2 Các yêu cầu máy thiết bị sản xuất hoá chất Máy thiết bị sản xuất hoá chất phải đáp ứng yêu cầu sau: suất cao, bền chắc, an toàn tiện lợi sử dụng, đồng thời giá thành phải hợp lý - Độ bền máy thiết bị liên quan chặt chẽ đến yêu cầu khác như: tuổi thọ, độ ổn định, độ kín tính an toàn Tuy nhiên ta không nên thiết kế bền lÃng phí nguyên vật liệu, giá thành tăng không cần thiết - Thời hạn phục vụ (tuổi thọ) tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá chất lượng máy thiết bị Người ta phân biệt hai loại tuổi thä: Ti thä lý thut vµ ti thä thùc tÕ Tuổi thọ lý thuyết đại l ượng quy ước theo quy định chung Nhà nước, nên gọi tuổi thọ quy định Đối với thiết bị hoá chất thường quy định tuổi thọ 10 - 12 năm Ti thä thùc tÕ th­êng lín h¬n thêi gian quy định đó, xác định độ mỏi vật liệu chế tạo, độ bào mòn học, độ ăn mòn hoá học làm giảm độ bền học máy thiết bị Không nên thiết kế tuổi thọ cao với phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật, máy thiết bị chóng bị lạc hậu - Độ kín điều kiện cần thiết máy thiết bị nhằm đảm bảo suất không gây ô nhiễm môi trường xung quanh Đặc biệt với máy thiết bị làm việc môi trường áp suất cao, dễ cháy nổ độc hại độ kín phải kiểm tra thường xuyên - Máy thiết bị sản xuất hoá chất phải có kết cấu hoàn chỉnh tức có cấu tạo đơn giản, kích thước phù hợp, tốn vật liệu quý hiếm, đạt hiệu suất cao đảm bảo kỹ thuật, dễ sử dụng * Ngoài máy thiết bị phải đáp ứng yêu cầu: dễ dàng khí hoá tự động hoá Tự động hoá vấn đề quan trọng gắn liền với việc khống chế thông số qúa trình công nghệ; đơn giản tháo, giảm số ng ười vận hành Những phức tạp tự động hoá gây nên đền bù lại giảm chi phí quản lý, vận hành tăng chất lượng sản phẩm Khi thiết kế người kỹ sư cần lưu ý đến khả lắp ráp thêm dụng cụ đo lường kiểm tra vào máy thiết bị Tóm lại, máy thiết bị sản xuất hoá chất việc đảm bảo tiêu kinh tế kỹ thuật chung như: suất; hệ số tiêu tốn lượng đơn vị sản phẩm; giá thành; chi phí lắp đặt, vận hành, bảo d ưỡng giá thành sản phẩm Còn phải đáp ứng yêu cầu đặc thù ngành điều kiện thực tế nơi sử dụng 1.2 Phân loại máy thiết bị 1.2.1 Các trình công nghệ sản xuất hoá chất Nghiên cứu trình thiết bị cho phép ta: - Lựa chọn dây chuyền công nghệ thiết bị hợp lý - Chọn chế độ kỹ thuật thích hợp để nâng cao suất chất lượng sản phẩm - Tìm nhân tố định trình Dựa vào tính chất đặc trưng trình, người ta chia trình công nghệ hoá học thành nhóm sau: Quá trình học (nghiên cứu chế biến nguyên liệu rắn) nh ư: đập, nghiền, sàng vận chuyển vật liệu rắn Quá trình thủy lực: Vận chuyển chất lỏng, khí; phân riêng hệ lỏng khí không đồng nhất; khuấy trộn môi trường lỏng, khí Quá trình nhiệt: Đun nóng, làm nguội, ngưng tụ, kết tinh, bốc hơi, cô đặc Qóa tr×nh chun khèi: HÊp thơ, hÊp phơ, trích ly, chưng cất, sấy khô Quá trình đông lạnh: Làm lạnh đến nhiệt độ thấp, lạnh thâm độ Các trình hoá học: Tiến hành phản ứng hoá học nh ư: ôxy hoá, trùng hợp, thuỷ phân, reforming, craking Các qúa trình tiến hành gián đoạn liên tục 1.2.2 Phân loại máy thiết bị Có thể phân loại theo nhiều phương diện (quan điểm) khác nhau: - Theo phương diện áp suất làm việc, chia thành loại: Máy - thiết bị làm việc áp suất khí Máy - thiết bị làm việc ¸p suÊt cao (cao ¸p) M¸y - thiÕt bÞ làm việc áp suất thấp (áp suất chân không) - Theo phương diện động - tĩnh chia thành loại: * Thiết bị (tĩnh) gồm: + Thiết bị chứa + Thiết bị trao đổi nhiệt + Thiết bị bốc (cô đặc) + Thiết bị phản ứng + Thiết bị chuyển khối * Máy hoá chất (động) gồm: - Máy đập - Máy nghiền - Máy sàng - Máy lọc - Máy li tâm - Thùng quay - Máy gia công chất dẻo - Máy bơm - Quạt - Máy nén - Máy vận chuyển vật liệu rắnv.v Chương Những vật liệu chế tạo máy thiết bị hoá chất Chọn vật liệu thích hợp để thoả mÃn yêu cầu đặt cho máy thiết bị sản xuất nhiệm vụ quan trọng ng ười thiết kế Khi chọn vật liệu phải nắm rõ c¸c tÝnh chÊt quan träng cđa nã nh ­: Cơ tính: bao gồm yếu tố đại biểu cho ®é bỊn cđa vËt liƯu nh ­: giíi h¹n bỊn b; giới hạn chảy c Đối với thiết bị làm việc điều kiện nhiệt độ cao cần ý đến giới hạn biến dạng dẻo d, môđun đàn håi E, ®é gi·n në nhiƯt α, ®é co a Tính chống mòn: Hầu hết máy, thiết bị hoá chất làm việc môi trường ăn mòn, ta phải quan tâm đến tính chống ăn mòn vật liệu Chọn vật liệu bền môi trường ăn mòn nhằm đảm bảo tuổi thọ thiết bị độ tinh khiết sản phẩm §Ĩ xÐt ti thä thiÕt bÞ ng­êi ta th­êng xÐt đến tốc độ ăn mòn vật liệu biểu diễn sau: G T = 8,76 S' mm/năm Trong đó: G - Tiêu hao khối lượng vật liệu, g/m 2.h S - Khối lượng riêng vật liệu, kg/dm Độ bền ăn mòn xếp thành sáu nhóm mười cấp theo bảng sau: Bảng - Nhóm Cấp Tốc độ ăn mòn T, mm/năm Hoàn toàn bỊn < 0,001 0,001 ÷ 0,005 RÊt bỊn 0,005 ữ 0,01 Bền Bền vừa bền Không bỊn 0,01 ÷0,05 0,05 ÷0,1 0,1 ÷0,5 0,5 ÷1,0 1,0 ÷ 5,0 ÷10 10 >10 TÝnh chÊt vËt lý cña vËt liệu như: khối lượng riêng (Kg/m3); hệ số dẫn nhiệt (W/mđộ); nhiệt dung riêng C (J/kg độ); hệ số nở dài (1/ 0C 1/ 0K); điện trë suÊt W (Ω mm2/m) v - v TÝnh công nghệ: Khả gia công chế tạo phương pháp: đúc, rèn, hàn, tiện, fay, bào, nhiệt luyện, Giá vật liệu: yếu tố định gía thành thiết bị nh ưng chưa đặc trưng đầy đủ, mà phải kết hợp giá vật liệu với chi phí gia công chế tạo vận chuyển, lắp đặt, bảo dưỡngv v Nói chung loại vật liệu tuyệt đối tốt mà vật liệu tuyệt đối xấu Vấn đề phải chọn điều kiện sử dụng tuỳ thuộc vào khả thực tế mà định 2.1 Kim loại hợp kim quan trọng Để chế tạo máy thiết bị người ta sử dụng nhiều gang thép Gang, thép hợp kim sắt (Fe) với cacbon (C) Gang thép đ ược sử dụng rộng rÃi nhiều lĩnh vực chúng nguồn tài nguyên có trữ l ượng phong phú, nấu luyện dễ dàng, có nhiều tính tốt, dễ gia công chế tạo có khả thay đổi cải thiện tính phương pháp nhiệt luyện Còn sắt nguyên chất không dùng để chế tạo máy, thiết bị dẻo đắt Ng ười ta dùng để làm vòng đệm thiết bị cao áp 2.1.1 Thép bon Là hợp kim sắt bon có hàm lượng bon thấp 2% Căn vào hàm lượng cacbon thép chia thành: - Thép bon thấp: Hàm lượng cacbon 0,25% - Thép bon trung bình: Hàm lượng cacbon từ 0,25 đến 0,55% - Thép bon cao: Hàm lượng cacbon 0,55% Thép có hàm lượng cacbon lớn 1,3% tính nên Ýt dïng ThÐp nãi chung cã nhiÒu tÝnh chÊt quý như: bền, dai, chịu tải trọng động, có khả đúc, rèn, cán, dập, hàn, dễ cắt gọt, tính chất thép biến đổi phạm vi rộng tuỳ thuộc vào thành phần, phương pháp gia công nhiƯt lun Ng­êi ta chØ dïng thÐp c¸c bon để chế tạo thiết bị làm việc áp suất nhỏ 6,4N/mm2 nhiệt độ thành thiết bị thấp 450 0C Nếu áp suất nhiệt độ cao phải dùng thép hợp kim chịu nhiệt, chịu áp 2.1.2 Thép hợp kim Trong thép bon cho thêm vài nguyên tố hợp kim kh¸c nh­: Cr, W, Mo, Ti, Ni, Si, V ta đ ược thép hợp kim Các nguyên tố hợp kim cho vào làm cho thép hợp kim có tính tốt có đ ược tính đặc biệt Ví dụ: - Niken (Ni): làm tăng độ bền, độ dẻo ,độ dai tăng độ ăn mòn, tăng độ thấm - Crôm (Cr): làm tăng độ bền học, độ bền nhiệt, chịu mài mòn tốt tăng độ thấm Khi lượng Cr cho vào vừa đủ làm thép tăng độ bền ăn mòn hoá học - Moliđen (Mo): Nâng cao tính bền nhiệt, tăng giới hạn chảy - Silic (Si): Làm thép chống gỉ tốt, tăng độ bền, tăng tính chống ăn mòn làm giảm độ dai thép - Mangan (Mn): Là nguyên tố làm cho thép không bị gỉ hàm l ượng lớn 1%, làm tăng tính bền, tăng độ ổn định, nh ưng làm giảm tính dẻo giảm độ mịn hạt tinh thể - Vonfram (W) làm tăng độ cứng thép - Titan (Ti) tăng tính bền độ thấm vv Thép có nhiều loại, để lựa chọn sử dụng thuận tiện, n ước người ta đà qui định cách ký hiệu thép riêng cho vừa đơn giản, rõ ràng dễ nhớ 2.1.2.1 Cách biểu thị mác thép Việt Nam Dùng ký hiệu hoá học quốc tế để biểu thị nguyên tố chứa thép Dùng chữ số biểu thị hàm lượng cacbon nguyên tố hợp kim khác, hàm lượng cacbon viết trước mác thép, hàm lượng nguyên tố hợp kim viết sau ký hiệu nguyên tố tương ứng - Cách biểu thị hàm lượng nguyên tố: Hàm lượng cacbon lấy 0,01% làm đơn vị, hàm lượng nguyên tố hợp kim lấy 1% làm đơn vị Khi làm lượng nguyên tố hợp kim nhỏ 1,5% không ghi - Nếu thép tốt loại cao cấp cuối ký hiệu mác thép có ghi thêm chữ A - ThÐp cacbon th­êng (th«ng dơng ) cã ký hiƯu: CT 31 đến CT 61: CT biểu thị nhóm thép thông dụng, chữ số ghi sau biểu thị giới hạn bền b ( KG/mm2) ứng với giá trị thấp - VÝ dơ : ThÐp c¸c bon dơng cơ: CD 70; CD 70A ThÐp hỵp kim: 20 Cr Ni, 12 Cr 18 Ni9 Để chế tạo thiết bị sản xuất hoá chất nồi người ta thường sử dụng thép hợp kim chứa khoảng 0,5% môlíp đen thép Crôm môlipđen Nhiệt độ làm việc giới hạn thép Mo16 nhỏ 475 0C; thép Mo12Cr 540 0C; thép Mo15Cr 5600C Thép hợp kim cao có chứa 18 ữ20% Cr, ữ10% Ni loại thép chịu nhiệt, bền ăn mòn, bền học cao, giá thành loại thép đắt loại khác sử dụng nhiều ngành sản xuất hóa chất 2.1.2.2 Cách ký hiƯu m¸c thÐp cđa mét sè n­íc a Ký hiƯu mác thép Mỹ Mỹ nước có nhiều hệ tiêu chuẩn, có hai hệ thống tiêu chuẩn cã uy tÝn lµ SAE vµ ASTM * Ký hiƯu mác thép Mỹ thường biểu thị chữ số viết liên tiếp nhau, đó: + Chữ số đầu loại thép: Số - thép cacbon; sè - thÐp Ni ken; sè thÐp Cr«m + Niken; số - thép Môliđen; số - thép Crôm; số thép crôm + vanađi; số – thÐp v«nfram ; sè 8- thÐp Silic + Mangan + Chữ số thứ 2: Chỉ hàm lượng gần theo % nguyên tố hợp kim chứa thép + Hai chữ số hàm lượng cacbon thép theo phần vạn Ví dụ: 1045 Số 1: chØ thÐp c¸c bon Sè 0: chØ thÐp thành phần hợp kim Số 45: hàm lượng cacbon theo phần vạn (0,45%) 5140: - Số thép Crôm - Số hàm lượng Crôm thép 1% - Số 40 hàm lượng bon 0,40% b Ký hiệu mác kim loại Nhật Bản Nhật Bản dùng tiêu chuẩn JIS, với đặc điểm dùng hoàn toàn hệ đo lường quốc tế Cách ký hiệu: + Thép bắt đầu chữ S + Nhôm bắt đầu chữ A + Đồng hợp kim đồng chữ C + Thép bon để chế tạo máy: ký hiệu SSxx C SSxxCK, xx phần vạn cacbon trung bình - Thép hợp kim để chế tạo máy: Ký hiệu theo nguyên tố hợp kim cacbon Ví dơ: S Cr: thÐp Cr«m, S Mn: thÐp mangan, SNCr thép ni ken crôm SACM 645: Thép hợp kim nhôm, crôm, môlipđen (hàm lượng loại khoảng 2%) có 0,45% cacbon SUSxxx thép không gỉ; CUH xxx thép chịu nhiệt 2.2 Gang Gang hợp kim sắt cacbon, cacbon chiếm 2% Gang rẻ tiền thép có tính đúc tốt 2.2.1 Phân loại Theo tổ chức cấu tạo người ta chia thành gang trắng; gang xám gang cầu + Gang trắng: loại gang mà hầu hết cacbon dạng liên kết Fe 3C, làm mặt gÃy gang có mầu sáng trắng, nên gọi gang trắng Gang trắng cứng dòn, tính công nghệ Nó dùng để chế tạo gang rèn dùng để chế tạo chi tiết máy cần tính chống mài mòn cao nh bi nghiền, trục cán + Gang xám loại gang mà hầu hết cacbon dạng graphit, nên mặt gÃy có màu xám Gang xám có độ bền nén cao, chịu mài mòn, đặc biệt có tính đúc tốt, dễ gia công dụng cụ cắt gọt, có nhược điểm dòn khó hàn.Gang xám dùng chế tạo chi tiết có hình dáng tương đối phức tạp loại thân máy, hộp máy, nắp chặn, bánh đai ,bánh đà, trục khuỷu + Gang cầu: loại gang cã thĨ cã tỉ chøc nh­ gang x¸m, nh­ng graphit dạng thu nhỏ thành hình cầu, nhờ mà gang cầu có độ bền cao gang xám, đặc biệt có độ dẻo đảm bảo, chịu mài mòn, chịu ăn mòn, chống ôxy hoá có lực khử chấn động tốt thép Gang cầu sử dụng rộng rÃi; số trường hợp cã thĨ thay thÕ thÐp hỵp kim hay thÐp kÕt cÊu 2.2.2 C¸ch kÝ hiƯu m¸c gang cđa ViƯt Nam + Gang trắng kí hiệu riêng + Gang xám kí hiệu sau: chữ loại gang: GX ; nhóm số thứ tự ®é bỊn kÐo vµ bỊn n VÝ dơ GX 15-32 ; GX 21-40 (Đơn vị đo KG/mm2) + Gang cầu kí hiệu : GC nhóm chữ số độ bền kéo độ dÃn dài tương đối (%) Ví dụ GC 42- 12; 2.3 Kim loại màu hợp kim chúng Trong chế tạo thiết bị sản xuất hoá chất người ta thường dùng kim loại màu nhôm, đồng, niken, chì, titan tantan Các kim loại màu th ường có đặc điểm sau: + Độ tinh khiết kim loại màu ảnh h ưởng lớn đến độ bền hoá học chúng + Các tạp chất kim loại khác lẫn vào làm giảm độ bền hoá học nh ưng tăng độ bền học + Gia công lạnh (tán, nguội) làm tăng độ bền học giảm độ dÃn dài tương đối chúng - nhiệt độ thường xảy tượng biến nhũn (trừ titan tantan) - Nhiệt độ cho phép tối đa thành thiết bị làm kim loại màu nh sau: NhiƯt ®é tèi ®a, 0C 1200 500 250 200 140 Chất Tantan Niken Đồng hợp kim đồng Nhôm Chì 2.3.1 Nhôm hợp kim nhôm Nhôm kim loại nhẹ, có khối lượng riêng khoảng 2,7 g/cm Có tính dẫn điện nhiệt cao; chống ăn mòn tốt Nhiệt nóng chảy 660 0C Độ bền thÊp ( δ = 60N/mm2 ); mÒm (HB = 25) dẻo Nhôm nguyên chất chia theo nhóm: - A 999: Al = 99,999% loại tinh khiết - A 995, A 99, A97, A95, (99, 995 ÷99,95) % Al loại có độ cao - A85, A8, A7 A0 (99,85; 99,80; 99,70; 99,00)%Al gäi lµ loại nhôm kỹ thuật Tuỳ theo công dụng hợp kim nhôm phân loại đúc loại gia công áp lực Hợp kim nhôm gia công áp lực sản xuất dạng mỏng, băng dài, thỏi định hình, dây nhôm ống Hợp kim rèn, dập, cán ép, gia công hình thức gia công áp lực khác 2.3.2 Đồng hợp kim đồng Đồng có tính dẫn điện dẫn nhiệt tốt, tính chống ăn mòn cao, dễ gia công áp lực trạng thái nóng nguội, dát mỏng thành có chiều dày 0,05m Đồng có đặc điểm quý bền nhiệt độ thấp Trong công nghiệp hóa chất đồng sử dụng để chế tạo chi tiết thiết bị làm lạnh công nghiệp thực phẩm Đồng nguyên chất sau luyện phân theo độ tinh khiết Ta thường gặp loại đồng sau: Mo : 99,95% Cu M1 : 99,90% Cu M2 : 99,7% Cu Đồng nguyên chất bền tính công nghệ nên dùng Thường dùng hợp kim đồng thau đồng Chúng có tính gia công cắt gọt tính đúc tốt Đồng thau hợp kim đồng kẽm, thành phần kẽm chứa đồng thau không 45% Đồng hợp kim đồng có pha thêm thiếc, nhôm, kẽm, silic, bêrili, crôm 10 Nhược điểm: Tốc độ lọc thấp hiệu số áp suất thực tế không vượt 0,74 bar Cång kỊnh LÊy b· b»ng tay Trong m¸y läc kín có đáy (hình II.5.21) trình lọc đ ược tiến hành áp suất khí nén (không khí hay khí trơ) Bà lấy qua đáy (có lề) hay qua cửa bên Ưu điểm máy lọc kín có đáy: Tốc độ lọc lớn Có khả phân tách bà khó lọc Có ích lợi lọc huyền phù thoát độc hay dễ bắt lửa Nhược điểm: Năng suất chế tạo với bề mặt lọc lớn, khó kết hợp với độ bền thiết bị 5.3.2.2 Máy lọc ép Máy lọc ép (hình II.5.22) gồm dÃy khung xen kẽ ép chặt cố định di động tựa nhờ tai bên sườn Bản máy lọc ép (hình II.5.23a) có bề mặt sườn phẳng nhẵn mép ngoài, lõm khoét thành máng Hình II.5.22: Máy lọc ép dọc bên Các máng ăn thủng với rÃnh phần có vòi nhỏ (hoặc nút) để thoát nước lọc mép có lỗ: lỗ để huyền phù qua, lỗ bên dùng cho chất lỏng rửa Bản lồng khăn vải có dùi lỗ ăn khớp với lỗ Có loại bản: loại gọi rửa khác với lỗ nước rửa qua ăn thông với hai mặt bên 116 Khung rỗng máy lọc ép (hình II.5.23b) đặt thường rửa tạo Hình II.5.23: Bản khung máy lọc ép phòng chứa bà Các khung có lỗ ăn khớp với lỗ bản, nhờ máy lọc ép tạo thành ống để huyền phù nước rửa qua, ống tận cuối RÃnh huyền phù ăn thông qua lỗ với khoảng trống khung Hình II.5.24a sơ đồ làm việc máy lọc ép Huyền phù ¸p st vµo phÝa c¸c khung cđa m¸y läc ép Chất lỏng lọc qua vải chảy theo máng bản, qua rÃnh dẫn vòi nhỏ chảy vào thùng đặt dọc theo máy lọc Các tiểu phân rắn bị giữ lại vải khung chứa đầy bà Bà đem rửa (nếu cần thiết) thổi nước không khí để chất lỏng Khi rửa (hình II.5.24b) Hình II.5.24: Sơ đồ lọc ép rửa nước chảy theo lỗ rửa vào máy hai mặt bản, qua vải lớp bà tập trung vòi th ường để ngoài, vòi rửa phải khoá lại Sau khung tách ra, tác dụng trọng lực, bà phần rơi vào chỗ tập trung phía máy lọc Phần bà lại dùng tay xẻng lấy Các khung máy lọc ép làm gang gỗ Trong loc ép có khung gỗ áp suất tới bar; khung gang, áp suất tới 14 bar Ưu điểm máy lọc Ðp: BỊ mỈt läc lín, tÝnh theo mỈt b»ng đặt máy lọc áp suất dư lớn 117 Có thể kiểm tra hoạt động tháo rời (bằng cách khoá vòi con, nước lọc đục chảy qua) Đơn giản bền phần chuyển động Nhược điểm: Phơc vơ b»ng tay Rưa b· ch­a hÕt Vải lọc bị hao mòn nhiều tháo rời máy lọc làm việc d ưới áp suất Nhà máy xà phòng Hà nội, nhà máy đường Việt Trì dùng rộng rÃi máy lọc ép phân xưởng glixêrin đường 5.3.2.3 Máy lọc thùng quay Hình II.5.26: Máy lọc thùng quay Máy lọc chân không, thùng quay có bề mặt lọc (hình II.5.25) loại máy lọc liên tục phổ biến Máy gồm thùng hình trụ 1, có đục lỗ, bề mặtcó phủ lưới kim loại vải lọc Thùng quay thong thả máng với tốc độ nhỏ (0,1 - 2,6vg/ph) Máng đổ đầy huyền phù, bề mặt thùng ngập vào huyền phù đến 0,3 - 0,4 phần Các ngăn chia thùng làm nhiều ngăn theo hướng bán kính Mỗi ngăn thông với ô ngõng rỗng trục ép chặt vào đầu phân phối cố định có ống dẫn chân không khí nén, ô ngăn ngập huyền phù thông với chân không, nước lọc hút vào thùng đầu phân phối bà bám vải lọc, gọi khu vực lọc(khu vực lọc I) Khi ngăn nhô khỏi huyền phù, bà đ ược làm khô (khu vực làm khô II) chân không, bà đ ược rửa nước 118 nhờ ống phun nước rửa (nước rửa hút vào thùng qua đầu phân phối 4) làm khô chân không khu vực rửa làm khô II) Ô đầu phân phối thông với ống dẫn khí nén, nên bà làm xốp để gặp dao dễ tách khỏi mặt lọc (khu vực thổi IV) Cuối nhờ khí nén, vải đ ược thổi bà (khu vực tái sinh vải V) chu kỳ lại tiếp diễn Giữa khu vực hoạt động có khu vực chết Như vòng, tất công việc: lọc, rửa, làm khô, lấy bÃ, làm vải tiến hành độc lập với nhau; trình làm việc liên tục Vì chiều lo lắng ngược nhau, nên người ta dùng máy khuấy đu đưa để khuấy trộn làm cho huyền phù không lắng Chi tiết quan trọng máy lọc nắp phân phối (hình II.5.27) nhờ có nắp phân phối mà chu kỳ trình lọc thực d Hình II.5.27: Nắp phân phối Nắp gồm có đĩa: đĩa (1) quay đĩa (2) đứng yên Đĩa có (1) số lỗ số hốc thùng; đĩa (2) có lỗ to lỗ (a) nằm khu vực lọc khử nước lần thứ nhất; lỗ (b) nằm khu vực rửa khử nước lần thứ hai; lỗ (c) nằm khu vực tách bà lỗ (d) nằm khu vực tái sinh vải Hai lỗ (c) (d) thông với đường không khí nén Độ chân không lỗ (a) (b) đo chân không kế Đối với máy lọc có bề mặt lọc bé có nắp phân phối, máy lọc có bề mặt lọc lớn có hai nắp phân phối hai đầu thùng Phương pháp tháo bà phụ thuộc vào tính chất bề dày lớp bà vải lọc Vì loại bà có thiết bị tháo thích hợp Tháo bà dao (hình II.5.28a) dùng với bà có độ ẩm bé sít, bề dày lớp bà ữ10mm Nhược điểm phương pháp vải lọc lớp 119 bà chết (bề dày khoảng cách từ mép lưỡi cao đến vải lọc) làm tăng trở lực lọc Đối với bà có bề dày mỏng dùng phương pháp tháo bà dây (hình II.5.28b) dây nằm trực tiếp vải lọc lồng qua lăn căng Các dây đặt song sóng dây cách từ đến 25mm, tuỳ thuộc vào độ bền học bà Lớp bà tách khỏi vải lọc với dây Ưu Hình II.5.28: Các phương pháp tháo bà điểm cuả phương pháp lớp bà chết thùng, có khả tháo lớp bà mỏng (đến 3- 4mm) giảm áp suất lọc cần thiết tượng bà bít lỗ vải lọc Ngoài dùng trục lăn để tháo bà (hình II.5.28c) vật liệu có tính dẻo cao Trục (2) tạo từ vật liệu làm chobà dễ dính quay ngược chiều với thùng (1) lực ma sát Tốc độ góc quay thùng (1) víi trơc (2) nh­ Trơc (3) chÕ t¹o tõ vật liệu mà bà không dính bết đ ược, quay cïng chiỊu víi trơc (2), nh­ng chóng cã tèc ®é quay khác Nếu bà có độ dính lớn, tốc độ góc quay trục (3) bé Ph ương pháp tháo lớp bà mỏng Để lọc chất lỏng chứa phân tử lở lưng nỈng hc chÊt láng nỈng hc chÊt láng bèc dễ cháy độc, người ta dùng máy lọc chân không, thùng quay có bề mặt lọc bên Nhưng máy lọc có nhược điểm bề mặt lọc không lớn, cấu tạo cồng kễnh, phức tạp, tốn nhiều kim loại; khả rửa bà nước rửa pha loÃng huyền phù, vải lọc bị mài mòn không đồng Đối với máy dùng để lọc chất thông thường trục, đầu phân phối làm gang xám, chậu chứa huyền phù, cách khuấy, dao cạo bà l ưới lọc làm thép bon Các bánh phận truyền động làm thép đúc 120 Nhưng lọc chất có tính ăn mòn nắp phân phối cổ trục trục làm gang pha crôm, thùng chậu, cánh khuấy, dao cạo bà lưới lọc làm thép chịu axit Ngoài bọc cao su để chống ăn mòn Một vài số liệu máy lọc thùng quay: Đường kính thùng quay từ 0,3 ữ4m, dài 0,30 ữ6m, bề mặt lọc ữ40m2, bà dày độ 4cm chứa độ 10 ữ 30% nước Ưu điểm máy này: Dùng cho tất loại huyền phù; Có thể dùng môi trường hoạt động hoá học; Dễ sử dụng, tiết kiệm nhân lực coi máy Nhược điểm: Diện tích lọc nhỏ giá thành tương đối cao; Khó rửa làm khô bà cẩn thận; Cấu tạo phức tạp, giá thành đắt, tốn nhiều điện có nhiều thiết bị phụ bơm chân không, máy thổi khí; Đầu phân phối xa bề mặt lọc nên việc dẫn nước lọc nước rửa bên thùng chậm trễ Nhà máy giấy Việt Trì dùng nhiều máy lọc thùng quay trình sản xuất giấy 5.3.2.4 Máy lọc chân không kiểu đĩa Máy lọc chân không loại đĩa khác với loại thùng quay bề mặt lọc gồm có đĩa rỗng (2) lồng vào trục rỗng chung (1) Tất đĩa nhũng vào máy chữa huyền phù (3) Máy chứa huyền phù chung cho tất đĩa đĩa có máy riêng, Hình II.5.30: Máy lọc chân không kiểu đĩa máng có ống góp chung (Hình II.5.30) Trục rỗng chia thành số rÃnh dọc theo chiều dài trục Đĩa gồm có nhiều ngăn hình quạt riêng rẽ ghép lại với nhau, ngăn thông với 121 rÃnh trục Thông thường đĩa gồm có từ đến 12 ngăn hình quạt; máy lọc có từ đến 14 đĩa Phía đầu trục có nắp phân phối (cơ cấu giống chất loại máy lọc thùng quay) Nếu máy bé phải có nắp phân phối, máy lớn có hai nắp phân phối Ngăn hình quạt (hìnhII.5.31) Đĩa gồm có số ngăn hình quạt (1) lắp chặt lên trục rỗng nhờ ép (4) gu - giông căng (3) Mỗi ngăn hình quạt trông giống hộp mà hai thành bên có khoan lỗ Phía hẹp hình quạt có ống dẫn (5) đè sát trực tiếp lên trục rỗng rÃnh trục rỗng nối thông với ống dẫn (5) hình quạt đĩa Vải lọc cắt theo hình thang làm thành túi bọc lấy hai mặt ngăn hình quạt Hình II.5.31: Ngăn hình quạt Máy lọc loại thiết bị rửa bÃ, v× n­íc rưa sÏ pha lo·ng hun phï Khi trơc rỗng quay (với vận tốc 0,1 ữ3 vg/ph), ngăn hình quạt đĩa nối thông với ngăn làm việc nắp phân phối khu vực lọc, chất lỏng hút qua lớp vải lọc ngăn hình quạt chảy theo rÃnh dọc trục rỗng đến nắp phân phối theo đường chân không thùng chứa Chất rắn bị lớp vải lọc giữ lại tạo thành lớp bà Tr ước cạo bà cho không khí nén vào bên ngăn hình quạt vải lọc căng ra, sau bà tháo hai dao đặt hai bên đĩa khu vực tái sinh vải, cho không khí nén vào để làm vải Chú ý cạo bà dao không làm rách vải, tái sinh vải không khí nén thổi vào với áp suất không lớn 0,9N/cm2 để tránh vải bị căng dễ rách máng có thiết bị khuấy huyền phù (giống máy lọc hình thùng) ra, huyền phù khuấy trọng thân đĩa quay Ưu điểm máy lọc chân không kiểu đĩa lượng tiêu thụ ít, cấu gọn giá thành thiết bị rẻ, thay sửa chữa ngăn hình quạt đĩa riêng biệt; có bề mặt lọc lớn tính theo mặt đặt máy; nh ưng máy có nhược điểm không rửa bà 122 Máy lọc chân không kiểu đĩa làm việc thích hợp với huyền phù có hạt rắn đồng có tốc độ lắng chậm, bà tạo thành không bị nứt Máy đ ược dùng nhiều ngành công nghiệp hoá chất, luyện kim mỏ So sánh lựa chọn máy lọc Khi chọn máy lọc, cần ý: Mục đích lọc để thu lÊy chÊt b· (kÕt tđa) hc n ­íc hay võa lÊy chÊt b·, võa lÊy n­íc TÝnh chất dung dịch huyền phù chất bà Các yếu tố khác (như suất, coi giản đơn, giá tiền máy móc tiêu thụ làm việc) Các máy lọc liên tục thường làm việc với chu trình lọc ngắn đồng thời có kèm theo việc rửa tự động Do công việc tiến hành liên tục nhanh nên vận tốc lớn lọc gián đoạn nhiều Ngoài có nhiều ưu điểm máy làm việc với thành phần dung dịch huyền phù cố định suất lớn Máy lọc gián đoạn tiến hành chu trình lọc dài, phải lắp lại số động tác phụ (tháo, nạp, thu nước lọc) nên suất dễ bị hạ thấp, song máy lọc gián đoạn giữ giá trị sở sản xuất nhỏ, đặc biệt tổng hợp sản phẩm khác loại với đòi hỏi phải thay đổi chế độ lọc Ngoài thích hợp để tẩy chất bà khó lọc ra, cần phải thông rửa kỹ Như điều kiện nhà máy sản xuất với qui mô lớn, máy lọc liên tục có nhiều công hiệu hơn, phức tạp đắt tiền Còn ý nghĩa đặc biệt quan trọng việc sử dụng máy dễ dàng Một máy móc lọc gián đoạn có cấu tạo giản đơn tổng hợp máy lọc ép Máy lọc ép thuận tiện để lọc có nhóm vật liệu khác nhau, cần có chất bà khô Trong số máy lọc liên tục, loại tổng hợp máy lọc chân không hình thùng, có nhiều thuận lợi: lúc, tạo chất bà khô n ước lọc tốt 5.3.2.5 Li tâm Các phương pháp li tâm Phương pháp phổ biến để phân li hệ lỏng không đồng phương pháp li tâm dùng cácmaý li tâm Bộ phận máy li tâm thân quay có thành kín có lỗ quay với tốc độ lớn trục thẳng đứng trục nằm ngang 123 Để phân tách hệ thống không đồng máy li tâm, ng ười ta chia loại: Lọc li tâm; Lắng li tâm; Phân li li tâm (làm li tâm) Lọc li tâm phân li huyền phù máy li tâm gồm thân quay có lỗ (hình Hình II.5.32: Máy ly tâm II.5.32) Mặt thân quay phủ lắng vải lọc Do lực li tâm, huyền phù văng tới thành thân quay, chất rắn lại mặt vải chất lỏng d ưới tác dụng lực li tâm qua lớp bÃ, vải lỗ thân quay để Lọc li tâm nói chung gồm trình vật lý xảy liên tiếp: Tạo thành bà Nén chặt bà Tách chất lỏng khỏi bà Nhờ cách lọc li tâm, đạt mức độ cao làm nước bà Lắng li tâm trình phân li huyền phù máy li tâm có thân thành kín Huyền phù dẫn vào phận thân quay tác dụng sức li tâm bị văng vào thành tạo lốp bà thành chất lỏng phía dâng lên cao, tràn qua bờ thân Lắng li tâm gồm hai qúa trình vật lí: Lắng tướng rắn Nén chặt bà Làm li tâm tiến hành máy li tâm có thân kín để làm chất lỏng chứa số lượng tướng rắn không đáng kể Quá trình ứng dụng để phân li huyền phù mịn keo Đứng mặt vât lý làm li tâm trình lắng tự tiểu phân rắn tác dụng lực li tâm Người ta phân li nhũ tương thùng thành kín Dưới tác dụng lực li tâm cấu tử nhũ tương đặt theo trọng lượng riêng, dạng lớp có bề mặt phân cách: lớp gồm chất lỏng có trọng l ượng riêng lớn lớp có chất lỏng nhẹ chất lượng tự động khỏi thùng quay 124 Như thực chất li tâm trình lắng lọc d ưới tác dụng lực li tâm Lực li tâm tác dụng lên vật liệu lớn trọng lực áp suất nhiều, li tâm phương pháp có hiệu lực để phân li học hệ chất lỏng không đồng Đặc trưng máy li tâm xác định cường độ tác dụng thừa số phân tách, tức tØ sè cđa gia tèc li t©m víi gia tèc träng tr ­êng: ω2r kp = g ω - tèc ®é gãc cđa thïng quay, vg/s r - b¸n kÝnh thïng quay, m g - gia tèc träng tr­êng, m/s2 Thừa số phân tách cao khả phân li máy li tâm lớn Có thể tăng thừa số phân tách cách tăng bán kính thùng quay, tốt tăng số vòng quay k p tỉ lệ với bình phương số vòng quay; không tăng giới hạn độ bền học thùng quay Phân loại máy li tâm Máy li tâm phân loại theo: Trị số thừa số phân tách, máy li tâm (nếu k p 3.000) Theo công dụng kỹ thuật: lọc, lắng hay làm Theo chế độ làm việc: gián đoạn hay liên tục Theo phương pháp lấy bà ra: tay hay tự động Theo đặc điểm cấu tạo Phương pháp lấy bà khí hoá điều kiện để thực làm việc liên tụcvì đặc điểm quan trọng để phân loại máy li tâm Về cấu tạo máy li tâm phân chia chủ yếu theo vị trí phương pháp lắp trục: thẳng đứng, nằm ngang nghiêng Cấu tạo máy li tâm Máy li tâm gián đoạn - Những máy li tâm làm việc gián đoạn lấy bà tay nhờ trọng lực Các máy li tâm làm việc gián đoạn lấy bà tay có kiểu lọc kiểu lắng Cách làm việc gồm có ba giai đoạn: Huyền phù cung cấp vào thùng lúc nghỉ lúc quay với tốc độ làm việc nhỏ Trong trường hợp giảm tốc độ sau cung cấp huyền phù vào thùng lại tăng tốc độ đến tốc độ làm việc Trong 125 Phân tách hệ lỏng không đồng thùng liền thùng có lỗ rửa bà (nếu cần thiết) lại quay li tâm để làm n ước rửa nén chặt bà Tắt máy, cho máy dừng lại tháo bà tay hay tự động Tháo bà tay tiến hành qua phía phía thùng Tháo phía tiện lợi vệ sinh Nhược điểm phương pháp tốn nhiều sức lao động Các nhà máy đường Việt Trì, Vạn điểm sử dụng máy li tâm loại để tách đường tinh thể khỏi dung dịch, sau đường vào máy sấy Máy li tâm treo tháo bà (hình II.5.33) gồm có thùng quay treo đầu hình nón trục 2; trục có chỗ tựa phía hình cầu hay hình nón (luôn có đệm cao su bọc) thùng không đặt sâu xuống đáy: phía cạnh thành thùng có nối với vài cánh có ổ bi Giữa cánh có lỗ tháo bÃ, thời gian quay lỗ dòng kính chóp 5, treo đòn Khi tháo bà chóp nâng lªn khÏ, ng­êi ta lÊy b· b»ng tay tõ phÝa Ưu điểm máy li tâm treo: Bền vững Tương đối nhẹ tháo bà nhanh; Chỗ tựa phận truyền động không bị ăn mòn không tiếp xúc với chất lỏng Để tháo bà mà tốn sức lao động, người ta dùng máy li tâm tự tháo (hình II.5.34) d ưới Hình II.5.33: Máy lắng ly tâm tác dụng trọng lực bà tách khỏi máy Phần thùng có thân hình nón với góc nghiêng lớn góc tự nhiên nguyên liệu Khi tốc độ thùng quay Hình II.5.34: Máy lắng ly tâm tự tháo giảm, huyền phù vào máy theo đĩa phân phối Đĩa phân phối nắp hình nón đậy lỗ tháo đáy, đ ược bắt chặt vào ống chuyển động dọc theo trục nhờ cần bẩy Máy li tâm nằm ngang tháo bà pittông (hình II.5.35) 126 Pítông (3) lắp chặt lên đầu cần đẩy (4) đầu khác cần đẩy lắp Pitông dầu (9) Cần đẩy (4) nằm bên trục rỗng (2) Trục rỗng (2) tì lên hai gối đỡ phía đầu trục bên phải lắp chặt với rôto, đầu bên trái lắp bánh đai Cần đẩy quay với trục rỗng đồng thời chuyển động lại theo chiều trục nên Pít - tông (3) thực chức tháo bà Huyền phù chảy vào rôto theo ống tiếp liệu, rôto có đặt nón phân phối huyền phù để làm cho huyền phù quay với tốc độ xấp xỉ tốc độ quay rôto Hình II.5.35: Máy ly tâm tháo bà nằm ngang Pittông Động điện quay truyền chuyển động cho trục rỗng (2) nhờ dây đai hình thang Píttông quay với trục rỗng đồng thời chuyển động lại nhờ có pít tông dầu Nhờ có hệ thống xu páp mà dầu đẩy vào bên trái bên phải píttông dầu Thường píttông dầu chuyển động lại 12 ữ 16 lần phút Để đẩy dầu vào xi lanh, người ta dùng bơm kiểu bánh với áp lực đến 20bar Sau lần lại, pítông tháo lượng bà tương ứng với chiều dài đương píttông 1/10 chiều dài thùng Ngoài tác dụng liên tục máy li tâm có ưu điểm nghiền nhỏ bà cắt thành sợi nhỏ phương pháp tháo bà dao vít vô tận Nhược điểm: Làm bẩn bÃ, có phần nhỏ qua lỗ lưới Tiêu hao lượng lớn để đẩy bà Phá hủy tương đối nhanh ngăn lọc Máy siêu li tâm Để phân tách nhũ tương nhũ dịch có nồng độ pha rắn thấp, để làm nhũ dịch, người ta dùng máy li tâm với số vòng quay lớn gọi máy siêu li tâm ống siêu li tâm (hình II.5.36) gồm thùng sâu có dạng ống, đ ường k5nh không lớn (tới 200mm), nhỏ chiều dài chừng vài lần Vì lực li tâm tỉ lệ với bán kính bình phương số vòng quay ứng suất thùng tỉ lệ 127 với bình phương bán kính số vòng quay nên người ta tăng số vòng quay, giảm đường kính tăng chiều dài thùng (để tăng chiều dài đường chất lỏng) Chất lỏng vào bên thùng (quay với tốc ®é n = 8.000 ÷ 45.000 vg/ph), theo èng 2, qua phận phun bắn vào thành thùng quay Để cho chất lỏng không bám vào thành thùng người ta đặt ghi dọc theo thùng Hình II.5.36: ống siêu ly tâm đầu thùng có lỗ đặc biệt để dẫn chất lỏng nặng nhẹ ỏư phía thùng có hai phòng riêng biệt để dẫn chất lỏng Chất lỏng nặng dẫn qua ống chất nhẹ - qua ống Vì ống siêu li tâm quay với tốc độ lớn nên thùng đ ược treo trục dẻo hay ống Trong máy phân li li tâm , phần thùng quay có đặt màng tròn lưu động để điều chỉnh mực chất lỏng phân li Ưu điểm ống siêu li tâm: Cường độ ph©n li cao (lùc li t©m gÊp 8: 34 lùc li tâm máy li tâm thông thường); Gọn kín Nhược điểm: Phân li gián đoạn Dung tÝch nhá Th¸o b· b»ng tay Khả phân li đĩa phân li Máy phân li chất lỏng - máy dùng để phân li nhũ t ương Đường kính lớn ống siêu li tâm (150 - 300mm) số vòng quay (5500 - 10000 vg/ph) Trong loại máy phân li chất lỏng phổ biến loại đĩa phân li (hình II.5.37) Máy gồm thân hình trụ có hình đĩa thân hình nón 2, phía có ống dẫn chất lỏng vào toả phần máy; chất lỏng qua khe đĩa, khe hình thành lỗ Dưới tác dụng lực li tâm, chất lỏng 128 nặng tạo thành lớp thành máy, vào khe hở thành lỗ sau theo lỗ 5, chất lỏng nhẹ chuyển vào gần trục sau theo lỗ Ưu điểm đĩa phân li so với ống liêu li tâm: Hiệu suất phân li cao; Dung tích thùng quay lớn Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp; Khó chế tạo chất lỏng hoạt động hoá học Hình II.5.37: Đĩa phân ly So sánh chọn máy li tâm Máy li tâm suất cao máy li tâm gián đoạn, sử dụng dễ dàng Vì máy li tâm liên tục ứng dụng rộng rÃi công nghiệp vượt hẳn loại máy gián đoạn Song máy li tâm gián đoạn giữ vị trí nhà máy nhỏ Máy lọc li tâm gián đoạn tháo tay tháo trọng lượng ứng dụng để lọc vật liêụ hạt, sợi rời, có độ ẩm ban cuối chất bà hạt lớn 1%, hạt trung bình ữ5% hạt bé ữ40% Máy lắng li tâm: Loại dùng cho dung dịch huyền phù khó lọc Chất bà tạo máy lắng li tâm có độ ẩm tới 70% nghĩa lớn so với chất bà tạo máy lọc li tâm Máy li tâm tự động có suất cao, gián đoạn hàng trung gian máy gián đoạn liên tục Ta dùng máy li tâm liên tục loại tháo píttông máy thích hợp với vật liệu sợi chất kÕt tinh dƠ mÊt n ­íc nh­ am«n sunfat, xenlul« lượng hạt bé (đường kính 150àm) vật liệu không 10 ữ20% Máy siêu li tâm dùng rộng rÃi để phân li dung dịch huyền phù, nhũ tương nhỏ; chúng thích hợp cho chất lỏng dễ cháy chất lỏng dễ bị phá huỷ Các thiết bị phân li lỏng dùng để làm khô sản phẩm dầu mỏ (nhựa, dầu thực vật) Thiết bị phân li loại đĩa ứng dụng rộng rÃi công nghiệp sữa Thiết bị đĩa phân li khí cụ thích hợp để tách chất rắn phân tán tương lai phổ biến nhiều công nghiệp Máy li tâm loại máy chạy nhanh, cần phải trông coi cÈn thËn 129 Sau kiĨm tra kü míi cho máy chạy, cần theo dõi để tốc độ quay thùng đều, tiếng rít Khi máy li tâm làm việc, cần ý chuyển động thùng trục Khi thùng trục chuyển động bất th ường, tức có tượng phân phối vật liệu không t rong máy gối đỡ trục máy bị hỏng Ngoài ra, lúc máy li tâm chạy cần ý tới kỹ thuật an toàn, máy bị phá hoại dễ gây tai nạn Muốn ngừng máy, trước hết phải ngắt điện, sau từ từ hÃm máy lại 130 ... -Tay bi? ?n phận làm việc chủ yếu máy đập Nó bi? ??n chuyển động quay trục lệch tâm thành chuyển động tịnh tiến qua lại động nhờ đẩy Trong thời gian làm việc, tay bi? ?n chịu lực kéo ,vật liệu chế tạo bi? ?n... đặc bi? ??t dùng kiểu đệm ( lồi lõm ) để đảm bảo độ kín Việc lựa chọn đệm phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất tính chất môi trường Đệm cần thỏa mÃn yêu cầu sau : - Đủ độ dẻo dễ bi? ??n dạng bị nén - Trong. .. thuận víi møc ®é bi? ?n ®ỉi thĨ tÝch cđa vËt liƯu Nó tương ứng với công làm bi? ??n dạng vật liệu bị nén (hoặc kéo) theo định luật Hook, nghÜa lµ: σ ∆V At = 2E (N.cm) (II.2 3) Trong đó: - At: công