Trong quá trình ly tâm lắng và lọc, nguyên liệu chuyển động quay cùng với rôto của máy. Lực ly tâm sẽ làm cho các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau phân lớp theo hướng của gia tốc trường lực. Thành phần có khối lượng riêng lớn nhất sẽ tập trung ở vùng xa tâm nhất, còn phần có khối lượng riêng nhỏ nhất tập trung ở tâm của rôto.

Tùy theo cấu tạo bề mặt rôto mà quá trình ly tâm tiến hành theo nguyên tắc lọc ly tâm hay lắng ly tâm. Do đó cũng có hai loại máy ly tâm: máy ly tâm lắng và máy ly tâm lọc

Lắng ly tâm

 

 

Rôto của máy ly tâm lắng có dạng hình trụ, kín, thành của rôto không có đục lỗ. Khi rôto quay dưới tác dụng của lực ly tâm, huyền phù hay nhũ tương được phân thành các lớp riêng biệt tùy theo khối lượng riêng của nó. Lớp khối lượng riêng lớn ở sát thành rôto, lớp có khối lượng riêng nhỏ ở phía trongLy tâm lắng gồm hai quá trình: quá trình lắng pha rắn tiến hành theo những quy luật của thủy động lực học; quá trình nén bã tiến hành theo những qui luật cơ học.

Quá trình lắng trong máy ly tâm khác quá trình lắng trong trường trọng lực. Lắng trong trường trọng lực, vận tốc lắng coi như bằng nhau ở các vị trí khác nhau vì gia tốc trọng trường không phụ thuộc vào tọa độ rơi - hạt lắng theo phương song song với nhau. Trong trường lực ly tâm vận tốc lắng và gia tốc ly tâm thay đổi phụ thuộc vào vận tốc gốc ω và bán kính quay r (a= ω²r), hạt lắng theo phương đường kính rôto

Lọc ly tâm

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 lỗ hoặc làm bằng lưới. 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 bằng thép tấm 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 với kích thước lỗ lưới 0,1-0,5 mm. Nếu kích thước hạt rắn nhỏ hơn dùng lớp vải bằng sợi bông, sợi gai hoặc len v.v..

PHÂN LOẠI 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 đoạn, máy ly tâm làm việc 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 bằng vít 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

MÁY LY TÂM LỌC

Các máy ly tâm làm việc gián đoạn

Máy ly tâm ba chân

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 nhỏ, trung bình hoặc làm khô bã lọc.

Máy gồm có rôto được bao bọc bởi vỏ. Thân máy gắn với vỏ được đặt trên 3 lò xo cánh nhau 120^O. 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 lệch tâm tương đối lớn 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, chắc chắn, tiện 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

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..

Máy gồm có rôto ghép với đầu dưới của trục quay. Khe hở giữa các nan hoa chính là các lỗ tháo bã.

Khi máy đang làm việc thì chóp sẽ đậy kín đáy rôto. Khi tháo bã thì dừng máy và nâng chóp lên, đồng thời dùng dao để cạo bã xuống dưới qua các lỗ giữa các nan hoa.

Ưu điểm của loại máy này là ổ trục và bộ phận truyền động không bị chất lỏng ăn mòn, việc tháo bã tương đối nhẹ nhàng và nhanh hơn loại trên.

Vì các máy ly tâm làm việc với số vòng quay rất lớn nên dù đã ngắt điện, trục quay vẫn còn quay do quán tính rất lâu. Ðể nhanh chóng dừng máy ta phải dùng cơ cấu phanh hãm. Ðối với các máy ly tâm treo, ổ trục có thể đảo 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 lớn hơn góc rơi tự nhiên của bã. Khi rôto dừng lại thì bã tự trượt xuống theo thành nón và ra khỏi rôto.

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 thời gian và tiêu hao năng lượng vô ích. Loại máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng 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

Sau khi mở máy cho rôto quay thì cho huyền phù vào rôtô theo ống tiếp liệu (trên ống có lắp một van đặc biệt). Sau khi huyền phù đã vào đủ lượng yêu cầu thì van đóng lại và xảy ra quá trình ly tâm. Lớp bã trong rôto ngày càng dày lên và khi đảm bảo chiều dày quy định thì xy lanh lực hạ pittông xuống kéo theo dao cạo bã, cạo thành lớp mỏng rơi xuồng máng hứng phía dưới. Như vậy dao lấy bã ra một cách gián đoạn và chuyển động xoay của dao là nhờ chuyển động tịnh tiến của pittông.

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 gồm có các loại máy ly tâm khác nhau.

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 suất cao. So với máy ly tâm tháo bằng dao thì có kết cấu gọn, chắc hơn, năng lượng tiêu thụ trên một đơn vị sản phẩm nhỏ hơn. Tuy nhiên máy còn có một số nhược điểm như kết cấu phức tạp, tiêu tốn năng lượng không đều theo thời 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 rắn trở lên), kích thước hạt khoảng 0,04-0,12mm. Thường dùng để ly tâm các huyền 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 đẩy, còn đầu kia của cần đẩy thì lắp pittông của xylanh lực điều khiển bằng dầu hoặc khí nén. Cần đẩy nằm trong trục rỗng, một đầu trục rỗng lắp chặt rôto, đầu kia lắp bánh đai chuyển động. Cần đẩy cùng quay với trục rỗng để phân phối đều huyền phù, đồng thời chuyển động tịnh tiến qua lại 12-16 lần/giờ để đẩy bã ra khỏi roto.

Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm

Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm gồm có roto lọc hình côn, lắp công-xôn trên trục thẳng đứng, trục quay trên các ổ đỡ . Ổ đỡ được đặt trên các bộ giảm chấn bằng cao su. Rôto quay được nhờ động cơ qua bộ phận truyền động đai.

Nguyên liệu liên tục chảy thành dòng vào trong rôto hình côn. Do tác dụng của lực ly tâm, huyền phù di chuyển dọc theo lưới lọc của roto. Chất lỏng được tách ra qua lỗ lưới của rôto, còn bã được rửa sạch và làm khô. Thành phần lỏng đi vào bộ phận chứa hình vành khăn, phần bã rắn chuyển động lên trên văng ra khỏi rôto và được đưa vào thùng chứa.

 

 

Góc nghiêng của rôto lọc phải bảo đảm cho huyền phù chuyển động lên phía trên, dưới tác động của áp suất phần nguyên liệu mới đưa vào. Lỗ của lưới lọc của roto lọc hình côn dạng khe có chiều rộng khoảng 0,04-0,15mm. Vì thế mà sức cản của lưới lọc rất lớn, tương đương với sức cản của bã (có chiều dày khoảng vài milimet).

MÁY LY TÂM LẮNG

Máy ly tâm lắng nằm ngang tháo bã bằng vít xoắn

Loại này dùng để phân ly huyền phù mịn có nồng độ trung bình và lớn. Trong công nghiệp thực phẩm loại máy này dùng để tách tinh bột ra khỏi nước quả, trong các ngành công nghiệp khác dùng để phân riêng pha rắn và pha lỏng.

Máy gồm có hai rôto. Rôto ngoài có dạng hình nón hoăc trụ-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 % (khoảng 20-100vg/ph) nhờ hộp giảm tốc vi sai. Rôto trong có đục các lỗ để dẫn huyền phù nhập liệu. Góc nghiêng phần hình nón của rôto khoảng 9-10^O . 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.

 

Có thể điều chỉnh chế độ làm việc của máy bằng cách thay đổ số 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, lắng được các hạt có kích thước nhỏ.

Ưu điểm của máy này là phân ly được huyền 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 nhiều hạt rắn; máy làm việc nặng nề, ồn ào.

Máy phân ly siêu tốc loại dĩa

Máy phân ly siêu tốc loại dĩa có nhiều loại: loại hở, loại kín, loại nửa kín, loại tháo bã bằng tay và bằng ly tâm. Ðây là nhóm có nhiều máy nhất trong các loại máy ly tâm siêu tốc. Máy ly tâm siêu tốc loại dĩa dùng để phân li huyền 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 vật và lắng trong các chất béo.

Bộ phận chủ yếu của máy là rôto gồm các dĩa chồng lên nhau với một khoảng cách thích hợp. Nếu phân li nhũ tương trên các dĩa đều có khoan lỗ, 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 giữa các dĩa 0,4-1,5mm. Dĩa trên được giữ nhờ các gân trên mặt ngoài của dĩa dưới. Ðộ nghiêng của dĩa nón cần đủ đảm bảo để hạt vật liệu trượt xuống tự do (thường góc nửa đỉnh nón từ 30-50⁰)

 

 

Máy có thể làm việc gián đoạn hoặc liên tục. Máy làm việc gián đoạn trong trường hợp tháo bã bằng tay. Do dung tích khoảng không gian của lớp bùn phân li không lớn nên máy ly tâm tháo bã bằng tay sử dụng hiệu quả khi thành phần hạt lơ lửng đến 0,05% thể tích.

Ưu điểm của loại này là mức độ phân ly cao, thể tích roto lớn. Nhược điểm là cấu tạo và lắp ráp khó, nhất là với môi trường ăn mòn.

 

 

Máy ly tâm siêu tốc loại ngăn

Máy ly tâm siêu tốc loại ngăn thường dùng phân riêng huyền 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 thường được dùng làm trong nước quả, làm trong rượu, bia, tách các tạp chất trong dầu thực 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 nhập liệu lần lượt qua không gian giữa các ngăn trong roto. Dưới tác dụng của lực ly tâm, pha rắn lắng 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 sơn, nước quả v.v..

Máy thường quay với số vòng quay 5000-10000 vg/ph, với số ngăn từ 5-10. Máy này đảm bảo được cả hai nguyên tắc: tăng chiều dài lắng và giảm chiều 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 bằng tay.

Máy ly tâm siêu tốc loại ống

Ðây là loại máy có roto nhỏ và dài để phân riêng các huyền phù và nhũ tương. Ðường kính của roto vào khoảng 200 mm, tỉ lệ giữa chiều dài roto với đường kính của nó khoảng 5-7. Nếu máy dùng để phân riêng huyền phù thì đầu trên của roto (nắp roto) chỉ có một lỗ để nước trong đi ra, còn bã được giữ lại trong thành roto và được tháo ra bằng tay. Nếu máy dùng phân riêng nhũ tương thì ở nắp rôto có hai lỗ thoát: lỗ gần trục để thoát pha nhẹ, lỗ kia để thoát pha nặng. Nhũ tương đưa vào rôto dưới áp suất 0,25-0,3 at qua dĩa phân phối và đi ra khoảng không gian giữa roto và các tấm chắn (được gắn dọc theo chiều dài của roto, gồm ba tấm cách nhau 120^o).

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 của tấm tách.