Xem mẫu
PHẦN II. CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ, CHẾ BIẾN THỰC PHẨM
Chương 3. PHÂN RIÊNG HỆ KHÔNG ĐỒNG NHẤT
1. KHÁI NIỆM HỆ KHÔNG ĐỒNG NHẤT
1.1. Đặc trưng của hệ không đồng nhất
Hệ không đồng nhất là hệ có ít nhất 2 pha:
- Pha phân tán, còn gọi là pha trong (pha nội) gồm những hạt rắn hoặc lỏng phân tán
trong môi trường khí hoặc lỏng.
- Pha liên tục còn gọi là pha ngoài (pha ngoại), chính là môi trường lỏng hoặc khí trong
đó chứa những hạt của pha phân tán.
1.2. Phân loại hệ không đồng nhất
1.2.1. Hệ khí không đồng nhất
Hệ khí không đồng nhất là hệ gồm các hạt rắn hoặc lỏng phân tán trong môi trường khí.
Trong công nghiệp người ta chia hệ khí không đồng nhất thành 2 nhóm:
- Hệ khí không đồng nhất cơ học: Các hạt phân tán hình thành do sự va đập và vỡ vụn
của các hạt rắn hoặc lỏng. Hệ này thường gọi là hệ bụi. Kích thước hạt bụi thường vào khoảng
5-50 μm.
- Hệ khí không đồng nhất ngưng tụ: Các hạt phân tán tạo thành do khí hoặc hơi ngưng
tụ hoặc do tác dụng hóa học. Nếu hạt hình thành là hạt rắn thì hệ khí không đồng nhất này gọi
là hệ khói. Nếu hạt hình thành là hạt lỏng thì hệ khí không đồng nhất đó gọi là hệ mù. Kích
thước hạt của hệ khói và hệ mù khoảng 0,3- 0,001μm.
Tuy nhiên trong hệ khí không đồng nhất ngưng tụ vẫn có các hạt có kích thước lớn hơn
kích thước các hạt trong hệ khí không đồng nhất cơ học và ngược lại.
1.2.2. Hệ lỏng không đồng nhất
Hệ lỏng không đồng nhất là hệ gồm có các hạt rắn, lỏng hoặc khí phân tán trong môi
trường lỏng.
Căn cứ vào thành phần pha phân tán mà người ta phân hệ lỏng không đồng nhất làm 3
loại là: huyền phù, nhũ tương và hệ bọt.
- Hệ huyền phù là hệ gồm các hạt rắn phân tán trong môi trường lỏng.
Đối với hệ huyền phù, tùy theo kích thước của hạt rắn mà người ta chia thành các hệ
sau:
+Huyền phù thô là huyền phù mà trong đó các hạt rắn có kích thước lớn hơn 100μm.
+Huyền phù mịn là huyền phù mà trong đó các hạt rắn có kích thước từ 100 - 0,5μm.
+Chất lỏng đục là huyền phù mà trong đó các hạt rắn có kích thước từ 0,5 – 0,1μm.
+Dung dịch keo cũng là huyền phù mà các hạt rắn có kích thước nhỏ hơn 0,1 μm.
- Nhũ tương là hệ gồm các hạt lỏng phân tán trong môi trường lỏng. Hệ nhũ tương
không bền vững, dễ bị phân lớp, chất lỏng nào có khối lượng riêng nhỏ thì nổi lên trên, chất
lỏng nào có khối lượng riêng lớn thì ở lớp dưới. Muốn cho nhũ tương bền vững ta phải cho
vào nhũ tương một chất trợ nhũ tương. Chất này sẽ tạo thành một lớp vỏ bảo vệ xung quanh
các hạt chất lỏng không cho chúng liên kết lại với nhau. Đặc điểm của hệ nhũ tương là pha
phân tán có thể chuyển thành pha liên tục và ngược lại tùy thuộc vào nồng độ các hạt phân
tán.
90
- Hệ bọt là hệ gồm các hạt khí hoặc hơi phân tán trong mội trường lỏng. Hệ bọt không
bền, muốn hệ bọt bền phải thêm vào đó chất ổn định bọt.
2. LẮNG
2.1. Khái niệm về lắng
Lắng là một quá trình tách các hạt rắn ra khỏi hệ khí không đồng nhất (hệ bụi) hoặc hệ
lỏng không đồng nhất (hệ huyền phù), nhờ tác dụng của trọng lực hoặc của lực ly tâm.
- Lắng bằng trọng lực: Dưới tác dụng của trọng lực, hạt rắn trong huyền phù hoặc hệ bụi
sẽ lắng xuống đáy thiết bị tạo thành lớp bã (cặn), còn chất lỏng trong hoặc khí sạch ở phía
trên.
- Lắng bằng lực ly tâm: Dưới tác dụng của lực ly tâm sinh ra khi dòng chất lỏng (hoặc
khí) chứa các phần tử rắn chuyển động quay tròn trong thiết bị có đáy hình nón, các hạt rắn
sẽ văng ra phía thành thiết bị và chuyển động men theo thành thiết bị rồi tập trung ở đáy, chất
lỏng trong (hoặc khí sạch) thoát ra ngoài ở cửa phía trên thiết bị ở phía trên chẳng hạn như
cyclon lỏng, bể lắng xoáy hình côn.
Lắng được áp dụng trong các nhà máy sản xuất đường (làm trong nước mía), nhà máy
sản xuất tinh bột (tách dịch bào ra khỏi tinh bột), nhà máy sữa (tinh chế sữa bột), xử lý và làm
sạch nước, v.v…
2.2. Lắng dưới tác dụng trọng lực
2.2.1. Vận tốc lắng
Vận tốc không đổi của vật rơi trong môi trường khí hay lỏng gọi là vận tốc lắng, ký hiệu
ω0, đơn vị đo là [m/s].
Công thức tính vận tốc lắng:
ω0 =
4 gd h ( ρ − ρ 0 )
3ξρ 0
(3.1)
Trong đó ξ là hệ số trở lực, là một hàm của Re
Trong trường hợp lắng dưới tác dụng trọng lực, ở chế độ chảy dòng thì vận tốc lắng
được tính theo công thức:
ω0 =
d h2 g ( ρ h − ρ 0 )
18µ 0
(3.2)
Trong đó: dh - đường kính hạt, m
ρh, ρ0 - khối lượng riêng của hạt, khối lượng riêng của môi trường, kg/m3.
μ0 - độ nhớt động lực của môi trường, Ns/m2.
Tốc độ lắng của hạt rắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước, khối lượng riêng,
hình dáng và mức độ phân tán của các hạt rắn.
2.2.2. Năng suất lắng
Năng suất lắng là lượng chất lỏng trong thu được trong một đơn vị thời gian, ký hiệu là
V, đơn vị đo là m3/h
Công thức tính năng suất lắng:
V = 3600F0ω0
(3.3)
3
Trong đó: V - Năng suất lắng, m /h
F0 - Diện tích bề mặt thiết bị lắng, m2
ω0 - Tốc độ lắng của hạt rắn, m/s
91
Theo phương trình (3.3), năng suất thiết bị lắng chỉ phụ thuộc vào tốc độ lắng và diện
tích tiết diện ngang của thiết bị lắng mà không phụ thuộc vào chiều cao thiết bị. Vì vậy, người
ta thường chế tạo thiết bị lắng có tiết diện ngang lớn hoặc thiết bị lắng có nhiều tầng.
Nếu ta gọi:
V1 - thể tích chất lỏng có trong huyền phù đi vào thiết bị lắng, m3/h
V2 - thể tích chất lỏng có trong lớp cặn, m3/h
x1 - nồng độ chất rắn trong huyền phù đi vào thiết bị lắng, kg cặn khô/m3 chất lỏng
x2 - nồng độ chất rắn trong lớp cặn sau khi lắng, kg cặn khô/m3 chất lỏng
Nếu lắng hoàn toàn và không có mất mát thì lượng cặn khô trước khi lắng và sau khi
lắng bằng nhau, ta có:
V1.x1 = V2.x2
(3.4)
V2 = V1.x1/x2
Ta có: V1 = V + V2
hay V = V1 - V2
(3.5)
Thay (3.4) vào (3.5), ta được:
x1
x
= V1 1 − 1
x2
x2
Thay (3.3) vào (3.6), ta được:
V = V1 − V1
(3.6)
x
(3.7)
3600F0 ω0 = V1 1 − 1
x2
Dựa vào công thức (3.7) ta có thể kiểm định tốc độ lắng (ω0) của hạt rắn trong thiết bị
lắng trong quá trình sản xuất hoặc để tính năng suất lắng sau khi có được các số liệu ω0, x1,
x2, F0.
Ví dụ: Một thiết bị lắng nước mía hỗn hợp có 3 tầng, diện tích lắng mỗi tầng là 28,8 m2,
lưu lượng nước mía hỗn hợp đi vào thiết bị lắng là 90 m3/h. Nồng độ chất rắn trong nước mía
hỗn hợp là 10 gam/lít, nồng độ chất rắn trong lớp cặn sau khi lắng (nước bùn) là 40 gam/lít.
Cho biết khối lượng riêng của nước mía hỗn hợp là 1,05 gam/lít. Hãy tính tốc độ lắng của hạt
rắn ở trong thiết bị.
Giải:
Theo đề bài, ta có:
Thể tích chất lỏng trong nước mía hỗn hợp: V1 = 90 m3/h
Diện tích của thiết bị lắng: F0 = 28,8 m2 x 3 = 86,4 m2
x1 = 10 gam/lít = 10 kg/m3 ; x2 = 40 gam/lít = 40 kg/m3
x
1 − 1
x2
Thay số liệu vào công thức trên ta có được vận tốc lắng
90
10
ω0 =
1 − = 0,000217 m/s = 0,78 m/h
3600.86,4 40
Để đơn giản cho việc nghiên cứu, ta xem rằng hạt rắn có dạng hình cầu, kích thước và
khối lượng không đổi trong quá trình lắng.
Từ công thức (3.7), ta được: ω0 =
V1
3600F0
2.2.3. Thiết bị lắng trọng lực
- Thiết bị lắng huyền phù dưới tác dụng của trọng lực
Trong sản xuất thực phẩm, quá trình lắng huyền phù bằng trọng lực thường được tiến
hành trong các bể lắng, thùng lắng, máng lắng. Thùng lắng được dùng phổ biến trong công
92
nghiệp sản xuất đường saccharose như thùng lắng, máng lắng (dùng để lắng tinh bột - hiện
nay ít dùng)
Thùng lắng là một thùng hình trụ đứng, có đáy hình nón. Bên trong thùng có một trục,
trên đó có gắn cánh khuấy, trên cánh khuấy có gắn các răng dùng để cào bã. Trục quay với tốc
độ chậm, khoảng ½ vòng/phút. Huyền phù liên tục cho vào thùng lắng, chất lỏng trong tràn
vào một máng ở phía trên bên trong thùng rồi theo ống dẫn ra ngoài. Bã lắng xuống đáy hình
nón, được các răng cào đưa vào hộc chứa bùn ở giữa thùng rồi theo ống tự chảy hoặc được
bơm hút bùn tháo ra ngoài. Thiết bị lắng răng cào có thể là loại một tầng hoặc nhiều tầng, mỗi
tầng xem như một thùng lắng một tầng (hình 3.1).
- Thiết bị lắng bụi dưới tác dụng của trọng lực
Buồng lắng bụi có cấu tạo dạng hộp, không khí vào một đầu và ra đầu kia (hình 3.3).
Nguyên tắc tách bụi của buồng lắng bụi chủ yếu là:
- Giảm tốc độ hỗn hợp không khí và bụi một cách đột ngột khi vào buồng. Các hại bụi
mất động năng và rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực.
- Dùng các vách chắn, vách ngăn để làm rẽ ngoặt dòng không khí lẫn bụi khi chuyển
động trong buồng đồng thời khi va đập vào các vách, hạt bụi bị mất động năng và rơi xuống
đáy buồng.
1. Đỉnh thiết bị
2. Thân thiết bị
3. Đĩa nghiêng
4. Cơ cấu tay gạt
5. Ống vòng
6. Đáy thiết bị
7.Cửa tháo bùn
8. Bàn đáy
9. Ống quan sát
nước bùn nhỏ
10.Bể đựng nước
mía trong
11. Hệ thống lấy
nước trong
12.Ống thoát khí
nhỏ ở các tầng
13.Trục ống
trung tâm
14.Ống thoát khí
lớn
15. Bộ truyền
động
Hình 3.1. Thiết bị lắng huyền phù nhiều tầng
Để lắng được bụi thì yêu cầu chiều dài của phòng lắng phải bảo đảm sao cho thời gian
dòng khí đi qua phòng ít nhất phải bằng thời gian lắng của hạt bụi kích thước nhỏ nhất và vận
tốc dòng khí không quá lớn nhằm tránh lôi kéo hạt bụi đã lắng.
Ký hiệu:
93
L, H, B – lần lượt là chiều dài, chiều cao và chiều rộng của phòng, m
u – tốc độ dòng khí, m/s
v – tốc độ lắng của hạt, m/s
F0 = L.B – diện tích tiết diện đáy phòng lắng, m2
F = H.B – diện tích tiết diện ngang phòng lắng, m2
Năng suất phòng lắng là:
Vs = u.F = u. B.L
Để bảo đảm yêu cầu lắng được bụi thì phòng lắng thỏa mãn:
hay
(3.8)
Thay vào công thức tính năng suất, ta được: Vs = F0 v0
(3.9)
Dựa vào phương trình (3.8) và (3.9) ta tính được kích thước phòng lắng khi biết năng
suất và vận tốc lắng.
Các loại thiết bị lắng nhờ trọng lực, có nhược điểm là cồng kềnh, hiệu suất thấp
Hình
3.33.4.
Buồng
lắnglắng
Hình
Đường
2.3. Lắng dưới tác dụng lực ly tâm
2.3.1. Lắng bụi nhờ lực ly tâm (cyclon)
Thiết bị lắng bụi cyclon là thiết bị được sử dụng tương đối phổ biến để tách hạt rắng ra
khỏi khí. Cấu tạo của cyclon (hình 3.4) gồm có thân hình trụ 2, cửa dẫn khí bụi 1 đặt tiếp
tuyến với thân 2, trên thân hình trụ có nắp đậy. Ở giữa nắp có lỗ để bố trí đoạn ống hình trụ
nhỏ 4 để đẫn khí ra. Phía dưới phần hình nón 3 có ống tháo bụi 5a và bên trong có van chắn
5b để giữ bụi trong khi cyclon làm việc.
- Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc của thiết bị lắng bụi kiểu cyclon là lợi dụng lực ly tâm sinh ra khi
dòng không khí chuyển động quay tròn trong thân thiết bị để tách bụi ra khỏi không khí.
Cho khí có lẫn bụi chuyển động với tốc độ lớn (20 – 25m/s) theo cửa 1 vào cyclon
theo phương tiếp tuyến. Khi vào trong cyclon, dòng khí chuyển động quay tròn và sinh ra lực
ly tâm. Dưới tác dụng của lực ly tâm, các hạt bụi văng ra phía thành của cyclon và chuyển
động men theo thành của cyclon và rơi xuống đáy hình nón, tích tụ ở đó rồi thỉnh thoảng được
lấy ra ngoài. Một phần khí đi vào đoạn ống 4 và tiếp tục chuyển động quay đi ra ngoài, phần
khí còn lại chuyển động quay tròn xuống thân hình nón nhưng bán kính quay càng nhỏ dần
nên tạo thành dòng xoáy lốc đi ngược lên theo đường tâm hình trụ rồi qua ống hình trụ nhỏ 5
ra ngoài.
- Yếu tố phân ly ly tâm
94
nguon tai.lieu . vn
Chương 3. PHÂN RIÊNG HỆ KHÔNG ĐỒNG NHẤT
1. KHÁI NIỆM HỆ KHÔNG ĐỒNG NHẤT
1.1. Đặc trưng của hệ không đồng nhất
Hệ không đồng nhất là hệ có ít nhất 2 pha:
- Pha phân tán, còn gọi là pha trong (pha nội) gồm những hạt rắn hoặc lỏng phân tán
trong môi trường khí hoặc lỏng.
- Pha liên tục còn gọi là pha ngoài (pha ngoại), chính là môi trường lỏng hoặc khí trong
đó chứa những hạt của pha phân tán.
1.2. Phân loại hệ không đồng nhất
1.2.1. Hệ khí không đồng nhất
Hệ khí không đồng nhất là hệ gồm các hạt rắn hoặc lỏng phân tán trong môi trường khí.
Trong công nghiệp người ta chia hệ khí không đồng nhất thành 2 nhóm:
- Hệ khí không đồng nhất cơ học: Các hạt phân tán hình thành do sự va đập và vỡ vụn
của các hạt rắn hoặc lỏng. Hệ này thường gọi là hệ bụi. Kích thước hạt bụi thường vào khoảng
5-50 μm.
- Hệ khí không đồng nhất ngưng tụ: Các hạt phân tán tạo thành do khí hoặc hơi ngưng
tụ hoặc do tác dụng hóa học. Nếu hạt hình thành là hạt rắn thì hệ khí không đồng nhất này gọi
là hệ khói. Nếu hạt hình thành là hạt lỏng thì hệ khí không đồng nhất đó gọi là hệ mù. Kích
thước hạt của hệ khói và hệ mù khoảng 0,3- 0,001μm.
Tuy nhiên trong hệ khí không đồng nhất ngưng tụ vẫn có các hạt có kích thước lớn hơn
kích thước các hạt trong hệ khí không đồng nhất cơ học và ngược lại.
1.2.2. Hệ lỏng không đồng nhất
Hệ lỏng không đồng nhất là hệ gồm có các hạt rắn, lỏng hoặc khí phân tán trong môi
trường lỏng.
Căn cứ vào thành phần pha phân tán mà người ta phân hệ lỏng không đồng nhất làm 3
loại là: huyền phù, nhũ tương và hệ bọt.
- Hệ huyền phù là hệ gồm các hạt rắn phân tán trong môi trường lỏng.
Đối với hệ huyền phù, tùy theo kích thước của hạt rắn mà người ta chia thành các hệ
sau:
+Huyền phù thô là huyền phù mà trong đó các hạt rắn có kích thước lớn hơn 100μm.
+Huyền phù mịn là huyền phù mà trong đó các hạt rắn có kích thước từ 100 - 0,5μm.
+Chất lỏng đục là huyền phù mà trong đó các hạt rắn có kích thước từ 0,5 – 0,1μm.
+Dung dịch keo cũng là huyền phù mà các hạt rắn có kích thước nhỏ hơn 0,1 μm.
- Nhũ tương là hệ gồm các hạt lỏng phân tán trong môi trường lỏng. Hệ nhũ tương
không bền vững, dễ bị phân lớp, chất lỏng nào có khối lượng riêng nhỏ thì nổi lên trên, chất
lỏng nào có khối lượng riêng lớn thì ở lớp dưới. Muốn cho nhũ tương bền vững ta phải cho
vào nhũ tương một chất trợ nhũ tương. Chất này sẽ tạo thành một lớp vỏ bảo vệ xung quanh
các hạt chất lỏng không cho chúng liên kết lại với nhau. Đặc điểm của hệ nhũ tương là pha
phân tán có thể chuyển thành pha liên tục và ngược lại tùy thuộc vào nồng độ các hạt phân
tán.
90
- Hệ bọt là hệ gồm các hạt khí hoặc hơi phân tán trong mội trường lỏng. Hệ bọt không
bền, muốn hệ bọt bền phải thêm vào đó chất ổn định bọt.
2. LẮNG
2.1. Khái niệm về lắng
Lắng là một quá trình tách các hạt rắn ra khỏi hệ khí không đồng nhất (hệ bụi) hoặc hệ
lỏng không đồng nhất (hệ huyền phù), nhờ tác dụng của trọng lực hoặc của lực ly tâm.
- Lắng bằng trọng lực: Dưới tác dụng của trọng lực, hạt rắn trong huyền phù hoặc hệ bụi
sẽ lắng xuống đáy thiết bị tạo thành lớp bã (cặn), còn chất lỏng trong hoặc khí sạch ở phía
trên.
- Lắng bằng lực ly tâm: Dưới tác dụng của lực ly tâm sinh ra khi dòng chất lỏng (hoặc
khí) chứa các phần tử rắn chuyển động quay tròn trong thiết bị có đáy hình nón, các hạt rắn
sẽ văng ra phía thành thiết bị và chuyển động men theo thành thiết bị rồi tập trung ở đáy, chất
lỏng trong (hoặc khí sạch) thoát ra ngoài ở cửa phía trên thiết bị ở phía trên chẳng hạn như
cyclon lỏng, bể lắng xoáy hình côn.
Lắng được áp dụng trong các nhà máy sản xuất đường (làm trong nước mía), nhà máy
sản xuất tinh bột (tách dịch bào ra khỏi tinh bột), nhà máy sữa (tinh chế sữa bột), xử lý và làm
sạch nước, v.v…
2.2. Lắng dưới tác dụng trọng lực
2.2.1. Vận tốc lắng
Vận tốc không đổi của vật rơi trong môi trường khí hay lỏng gọi là vận tốc lắng, ký hiệu
ω0, đơn vị đo là [m/s].
Công thức tính vận tốc lắng:
ω0 =
4 gd h ( ρ − ρ 0 )
3ξρ 0
(3.1)
Trong đó ξ là hệ số trở lực, là một hàm của Re
Trong trường hợp lắng dưới tác dụng trọng lực, ở chế độ chảy dòng thì vận tốc lắng
được tính theo công thức:
ω0 =
d h2 g ( ρ h − ρ 0 )
18µ 0
(3.2)
Trong đó: dh - đường kính hạt, m
ρh, ρ0 - khối lượng riêng của hạt, khối lượng riêng của môi trường, kg/m3.
μ0 - độ nhớt động lực của môi trường, Ns/m2.
Tốc độ lắng của hạt rắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước, khối lượng riêng,
hình dáng và mức độ phân tán của các hạt rắn.
2.2.2. Năng suất lắng
Năng suất lắng là lượng chất lỏng trong thu được trong một đơn vị thời gian, ký hiệu là
V, đơn vị đo là m3/h
Công thức tính năng suất lắng:
V = 3600F0ω0
(3.3)
3
Trong đó: V - Năng suất lắng, m /h
F0 - Diện tích bề mặt thiết bị lắng, m2
ω0 - Tốc độ lắng của hạt rắn, m/s
91
Theo phương trình (3.3), năng suất thiết bị lắng chỉ phụ thuộc vào tốc độ lắng và diện
tích tiết diện ngang của thiết bị lắng mà không phụ thuộc vào chiều cao thiết bị. Vì vậy, người
ta thường chế tạo thiết bị lắng có tiết diện ngang lớn hoặc thiết bị lắng có nhiều tầng.
Nếu ta gọi:
V1 - thể tích chất lỏng có trong huyền phù đi vào thiết bị lắng, m3/h
V2 - thể tích chất lỏng có trong lớp cặn, m3/h
x1 - nồng độ chất rắn trong huyền phù đi vào thiết bị lắng, kg cặn khô/m3 chất lỏng
x2 - nồng độ chất rắn trong lớp cặn sau khi lắng, kg cặn khô/m3 chất lỏng
Nếu lắng hoàn toàn và không có mất mát thì lượng cặn khô trước khi lắng và sau khi
lắng bằng nhau, ta có:
V1.x1 = V2.x2
(3.4)
V2 = V1.x1/x2
Ta có: V1 = V + V2
hay V = V1 - V2
(3.5)
Thay (3.4) vào (3.5), ta được:
x1
x
= V1 1 − 1
x2
x2
Thay (3.3) vào (3.6), ta được:
V = V1 − V1
(3.6)
x
(3.7)
3600F0 ω0 = V1 1 − 1
x2
Dựa vào công thức (3.7) ta có thể kiểm định tốc độ lắng (ω0) của hạt rắn trong thiết bị
lắng trong quá trình sản xuất hoặc để tính năng suất lắng sau khi có được các số liệu ω0, x1,
x2, F0.
Ví dụ: Một thiết bị lắng nước mía hỗn hợp có 3 tầng, diện tích lắng mỗi tầng là 28,8 m2,
lưu lượng nước mía hỗn hợp đi vào thiết bị lắng là 90 m3/h. Nồng độ chất rắn trong nước mía
hỗn hợp là 10 gam/lít, nồng độ chất rắn trong lớp cặn sau khi lắng (nước bùn) là 40 gam/lít.
Cho biết khối lượng riêng của nước mía hỗn hợp là 1,05 gam/lít. Hãy tính tốc độ lắng của hạt
rắn ở trong thiết bị.
Giải:
Theo đề bài, ta có:
Thể tích chất lỏng trong nước mía hỗn hợp: V1 = 90 m3/h
Diện tích của thiết bị lắng: F0 = 28,8 m2 x 3 = 86,4 m2
x1 = 10 gam/lít = 10 kg/m3 ; x2 = 40 gam/lít = 40 kg/m3
x
1 − 1
x2
Thay số liệu vào công thức trên ta có được vận tốc lắng
90
10
ω0 =
1 − = 0,000217 m/s = 0,78 m/h
3600.86,4 40
Để đơn giản cho việc nghiên cứu, ta xem rằng hạt rắn có dạng hình cầu, kích thước và
khối lượng không đổi trong quá trình lắng.
Từ công thức (3.7), ta được: ω0 =
V1
3600F0
2.2.3. Thiết bị lắng trọng lực
- Thiết bị lắng huyền phù dưới tác dụng của trọng lực
Trong sản xuất thực phẩm, quá trình lắng huyền phù bằng trọng lực thường được tiến
hành trong các bể lắng, thùng lắng, máng lắng. Thùng lắng được dùng phổ biến trong công
92
nghiệp sản xuất đường saccharose như thùng lắng, máng lắng (dùng để lắng tinh bột - hiện
nay ít dùng)
Thùng lắng là một thùng hình trụ đứng, có đáy hình nón. Bên trong thùng có một trục,
trên đó có gắn cánh khuấy, trên cánh khuấy có gắn các răng dùng để cào bã. Trục quay với tốc
độ chậm, khoảng ½ vòng/phút. Huyền phù liên tục cho vào thùng lắng, chất lỏng trong tràn
vào một máng ở phía trên bên trong thùng rồi theo ống dẫn ra ngoài. Bã lắng xuống đáy hình
nón, được các răng cào đưa vào hộc chứa bùn ở giữa thùng rồi theo ống tự chảy hoặc được
bơm hút bùn tháo ra ngoài. Thiết bị lắng răng cào có thể là loại một tầng hoặc nhiều tầng, mỗi
tầng xem như một thùng lắng một tầng (hình 3.1).
- Thiết bị lắng bụi dưới tác dụng của trọng lực
Buồng lắng bụi có cấu tạo dạng hộp, không khí vào một đầu và ra đầu kia (hình 3.3).
Nguyên tắc tách bụi của buồng lắng bụi chủ yếu là:
- Giảm tốc độ hỗn hợp không khí và bụi một cách đột ngột khi vào buồng. Các hại bụi
mất động năng và rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực.
- Dùng các vách chắn, vách ngăn để làm rẽ ngoặt dòng không khí lẫn bụi khi chuyển
động trong buồng đồng thời khi va đập vào các vách, hạt bụi bị mất động năng và rơi xuống
đáy buồng.
1. Đỉnh thiết bị
2. Thân thiết bị
3. Đĩa nghiêng
4. Cơ cấu tay gạt
5. Ống vòng
6. Đáy thiết bị
7.Cửa tháo bùn
8. Bàn đáy
9. Ống quan sát
nước bùn nhỏ
10.Bể đựng nước
mía trong
11. Hệ thống lấy
nước trong
12.Ống thoát khí
nhỏ ở các tầng
13.Trục ống
trung tâm
14.Ống thoát khí
lớn
15. Bộ truyền
động
Hình 3.1. Thiết bị lắng huyền phù nhiều tầng
Để lắng được bụi thì yêu cầu chiều dài của phòng lắng phải bảo đảm sao cho thời gian
dòng khí đi qua phòng ít nhất phải bằng thời gian lắng của hạt bụi kích thước nhỏ nhất và vận
tốc dòng khí không quá lớn nhằm tránh lôi kéo hạt bụi đã lắng.
Ký hiệu:
93
L, H, B – lần lượt là chiều dài, chiều cao và chiều rộng của phòng, m
u – tốc độ dòng khí, m/s
v – tốc độ lắng của hạt, m/s
F0 = L.B – diện tích tiết diện đáy phòng lắng, m2
F = H.B – diện tích tiết diện ngang phòng lắng, m2
Năng suất phòng lắng là:
Vs = u.F = u. B.L
Để bảo đảm yêu cầu lắng được bụi thì phòng lắng thỏa mãn:
hay
(3.8)
Thay vào công thức tính năng suất, ta được: Vs = F0 v0
(3.9)
Dựa vào phương trình (3.8) và (3.9) ta tính được kích thước phòng lắng khi biết năng
suất và vận tốc lắng.
Các loại thiết bị lắng nhờ trọng lực, có nhược điểm là cồng kềnh, hiệu suất thấp
Hình
3.33.4.
Buồng
lắnglắng
Hình
Đường
2.3. Lắng dưới tác dụng lực ly tâm
2.3.1. Lắng bụi nhờ lực ly tâm (cyclon)
Thiết bị lắng bụi cyclon là thiết bị được sử dụng tương đối phổ biến để tách hạt rắng ra
khỏi khí. Cấu tạo của cyclon (hình 3.4) gồm có thân hình trụ 2, cửa dẫn khí bụi 1 đặt tiếp
tuyến với thân 2, trên thân hình trụ có nắp đậy. Ở giữa nắp có lỗ để bố trí đoạn ống hình trụ
nhỏ 4 để đẫn khí ra. Phía dưới phần hình nón 3 có ống tháo bụi 5a và bên trong có van chắn
5b để giữ bụi trong khi cyclon làm việc.
- Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc của thiết bị lắng bụi kiểu cyclon là lợi dụng lực ly tâm sinh ra khi
dòng không khí chuyển động quay tròn trong thân thiết bị để tách bụi ra khỏi không khí.
Cho khí có lẫn bụi chuyển động với tốc độ lớn (20 – 25m/s) theo cửa 1 vào cyclon
theo phương tiếp tuyến. Khi vào trong cyclon, dòng khí chuyển động quay tròn và sinh ra lực
ly tâm. Dưới tác dụng của lực ly tâm, các hạt bụi văng ra phía thành của cyclon và chuyển
động men theo thành của cyclon và rơi xuống đáy hình nón, tích tụ ở đó rồi thỉnh thoảng được
lấy ra ngoài. Một phần khí đi vào đoạn ống 4 và tiếp tục chuyển động quay đi ra ngoài, phần
khí còn lại chuyển động quay tròn xuống thân hình nón nhưng bán kính quay càng nhỏ dần
nên tạo thành dòng xoáy lốc đi ngược lên theo đường tâm hình trụ rồi qua ống hình trụ nhỏ 5
ra ngoài.
- Yếu tố phân ly ly tâm
94