Khái niệm

Hình 15.3. Đường cong lắng a) Lớp bã dày, b) Lớp bã mỏng.

Quá trình lắng xảy ra trong bể lắng có hình thμnh các khu vực khác nhau. Nghiên cứu mối quan hệ giữa chiều cao lắng vμ thời gian lắng, người ta xây dựng được đường cong H = f(t) tương ứng với các khu vực trong bể lắng.

Hình 15.4. Nghiên cứu sự lắng cho lớp bã dày

1. Vùng nước trong, 2. Vùng huyền phù, 3. Vùng nén, 4. Vùng bã rắn.

Nói chung phương pháp lắng đơn giản, thiết bị rẻ tiền, dễ thực hiện. Tuy nhiên có những trường hợp như huyền phù loãng, các hạt rắn có kích thước nhỏ hoặc các hạt nhẹ lơ lửng không thể lắng được hoặc rất khó lắng thì khi đó người ta phải tách các hạt rắn ra khỏi pha lỏng bằng phương pháp lọc. Hơn nữa dùng phương pháp lọc thì có thể tách một cách nhanh hơn vμ triệt để hơn so với phương pháp lắng.

ứng tạo muối quinin sulfat basic tại pH = 6,5, để kết tinh rồi đem lọc. Sau khi lọc ta thu được tinh thể lμ quinin sulfat basic, còn nước cái có chứa muối sulfat của các alcaloid khác bị loại đi.

Lọc lμ quá trình phân riêng 2 pha rắn - lỏng (huyền phù) ra khỏi nhau bằng cách cho hỗn hợp đi qua lớp vật ngăn xốp. Một pha (các hạt rắn) sẽ được giữ lại ở một phía của bề mặt vật ngăn, còn pha kia (nước trong) sẽ đi qua bề mặt vật ngăn.

Để lớp nước trong có thể đi qua được vật ngăn thì cần phải có chênh lệch áp suất giữa trên vμ dưới bề mặt vật ngăn để khắc phục được trở lực của vật ngăn (lúc đầu chỉ có trở lực của vật ngăn, về sau có cả trở lực của bã). Như vậy huyền phù cần phải có áp suất dư so với áp suất ở dưới bề mặt vật ngăn.

• Phân loại các phương pháp lọc:

ư Dựa vμo áp suất có ba loại:

+ Lọc do áp suất thuỷ tĩnh (tạo bởi chiều cao cột chất lỏng trên vật ngăn).

+ Lọc áp lực (tạo bởi bơm).

+ Lọc chân không (tạo bởi hút chân không).

ư Dựa vμo cấu tạo của lớp vật ngăn: rất đa dạng vμ phong phú.

+ Dạng hạt: đơn giản có thể lμ đá, sỏi, cát, than, ...

+ Dạng sợi: sợi tơ nhân tạo, sợi bông, đay, gai, ...

+ Dạng tấm: như lưới kim loại, ...

+ Vật liệu xốp: có thể lμ loại sứ xốp, thuỷ tinh xốp, …

+ Mμng lọc: ngμy nay kỹ thuật lọc đã phát triển ở trình độ cao, có những loại vật ngăn hiện đại như mμng siêu lọc, có thể lọc được cả vi khuẩn, …

• Phân loại bã, dựa vμo cấu tạo vμ đặc tính của bã có hai loại:

ư Bã không nén được: Gồm các hạt không bị biến dạng (chủ yếu lμ các hạt tinh thể) phân bố tạo thμnh các khe hở có kích thước không đổi khi thay đổi áp suất. Lượng nước nằm trong bã không thay đổi khi áp suất thay đổi từ 0,7 ữ 4at.

ư Bã nén được: Gồm các hạt bị biến dạng (chủ yếu lμ những chất vô định hình). Khi tăng áp suất chất lỏng lên từ từ, thể tích bã bị giảm, đường kính ống mao quản bị thu hẹp, còn tốc độ lọc chất lỏng sẽ tăng không tỷ lệ với sự tăng áp suất, nghĩa lμ tốc độ lọc tăng chậm hơn so với sự tăng áp suất vμ đến một lúc nμo đó nếu cứ tiếp tục tăng áp suất lên nữa thì sẽ không có lợi cho quá trình lọc.

Khi lọc, theo lý thuyết những hạt rắn có kích thước lớn hơn lỗ lọc (lỗ mao quản của vật ngăn) sẽ bị giữ lại trên bề mặt vật ngăn, còn những hạt có kích

thước bé hơn sẽ chui qua lỗ lọc. Tuy nhiên, thực tế cũng không hẳn như vậy, chỉ có một số hạt có kích thước bé hơn lμ chui qua lỗ lọc, còn một số hạt tuy có kích thước bé hơn lỗ lọc nhưng vẫn không chui qua được lỗ lọc. Sở dĩ như vậy lμ do tính chất bắc cầu của các hạt qua cửa lỗ nên các lỗ mao quản sẽ bị bé dần lại. Khi lớp bã trên bề mặt vật ngăn dμy lên thì trở lực cũng tăng, đến một lúc nμo đó toμn bộ mao quản sẽ bị lấp kín vμ nước trong sẽ không đi qua vật ngăn được, do đó người ta phải tìm cách lấy bã ra một cách liên tục hoặc gián đoạn, đôi khi cần phải rửa bề mặt vật ngăn.

• Phương trình lọc

Tốc độ lọc lμ lượng nước trong thu được trong một đơn vị thời gian đối với một đơn vị diện tích bề mặt lọc.

Ta có:

= τ

Fd

C dV , ⎥

⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡ s m

m

2 3

Trong đó:

C : tốc độ lọc, m³/m²s F : diện tích bề mặt lọc, m² V : thể tích nước lọc, m³

τ : thời gian lọc, s

Để đơn giản tính toán, ở đây ta giả thiết lμ lớp bã được tạo bởi tập hợp hạt vμ hình thμnh các ống mao quản thẳng, song song theo hướng của dòng chảy vμ có chiều dμi cố định. Nước trong chảy qua các ống mao quản ở chế độ chảy dòng.

Lượng nước trong được tính theo phương trình của Hagen-Poiseuille:

8 l

pF r V n

4

μ τ Δ

= Π , [m³].

Trong đó:

N: số ống mao quản trong 1 m² bề mặt lọc. τ - thời gian lọc, s;

R: bán kính ống mao quản, m. F - bề mặt lọc, m²;

Up: hiệu số áp suất ở hai phía vật ngăn, N/m² μ: độ nhớt nước lọc, Ns/m²; l - chiều dμi ống mao quản, m

Phương trình trên chỉ được tính sơ bộ lượng nước trong đi qua lớp bã cố định. Thực tế trong quá trình lọc, chiều dμy lớp bã có thay đổi vμ phụ thuộc vμo thời gian lọc, do đó thực tế phương trình lọc rất phức tạp, phụ thuộc vμo

Hình 15.5. Sơ đồ quá trình lọc