Tính máy ép khung bản: diện tích lọc và số buồng theo chu kỳ

1. Vì sao máy ép khung bản tính theo chu kỳ

Máy ép khung bản (filter press) là máy lọc áp lực chạy theo mẻ. Mỗi mẻ gồm bốn công đoạn: lọc (bơm bùn vào buồng dưới áp suất, nước lọc qua vải, chất rắn đọng thành bánh), ép (ở máy có màng ép: bơm nước hoặc khí sau màng để ép bánh), xả bánh (mở tấm, bánh rơi xuống) và rửa vải. Trong lúc mở tấm và xả bánh, máy không lọc (sổ tay LFPI, mục 2.3.4).

Vì vậy đơn vị đúng để so sánh không phải m³ bùn/giờ mà là tốc độ lọc chất rắn: số kg chất rắn khô mà 1 m² mặt lọc xử lý được trong 1 giờ, tính cho cả chu kỳ. Đơn vị là kgDS/(m²·h). Máy chạy liên tục như ép băng tải hay ép đa đĩa thì tính theo kgDS/h của cả máy hoặc theo mét chiều rộng băng; xem bài Tính công suất và tải lượng.

Một số mốc của máy ép khung bản theo sổ tay LFPI (mục 2.3.1, 2.3.3):

• Áp suất lọc khoảng 0,4–2,0 MPa; tách được hạt từ khoảng 0,5–1 µm trở lên.
• Tấm lọc thực tế từ khoảng 500 × 500 mm đến 2.000 × 2.000 mm. Cỡ máy được ghi bằng kích thước tấm, số buồng, diện tích lọc và thể tích buồng.
• Máy có màng ép có thể dừng lọc khi tốc độ lọc còn cao rồi chuyển sang ép, nên một máy diện tích nhỏ hơn vẫn xử lý được nhiều hơn.
• Với bùn nhà máy nước (bùn vô cơ sau keo tụ), áp suất lọc thường 0,4–1,5 MPa, nước ép màng từ 1,5 MPa trở lên (mục 3.3.1).

2. Công thức: từ mẻ thử đến tốc độ lọc

Tốc độ lọc chất rắn lấy từ một mẻ thử trên máy ép khung bản cỡ nhỏ (sổ tay LFPI, công thức 2.2 và 5.4–5.5):

Trong đó W_ướt là khối lượng bánh ướt thu được (kg), M là độ ẩm bánh (%), A_thử là diện tích lọc của máy thử (m²), các thời gian tính bằng phút. Thời gian phụ gồm đóng mở tấm, xả bánh, rửa vải và các thao tác khác; nếu có rửa bánh thì cộng cả thời gian đó.

Theo mục 2.3.5, nên thử với ít nhất ba nồng độ bùn: nồng độ thiết kế và hai mức trên, dưới nó, vì khả năng lọc thay đổi mạnh theo nồng độ và cỡ hạt. Trong lúc thử cần đo nồng độ, nhiệt độ, pH, áp suất, thời gian và lượng nước lọc của từng công đoạn, đồng thời ghi độ trong của nước lọc, độ bong của bánh khỏi vải và độ ẩm bánh. Bơm bùn vào máy thử phải giữ bùn đồng đều và đúng áp suất thiết kế.

Cách lấy mẫu và các phép thử khác xem bài Thử nghiệm tách nước bùn.

3. Từ tốc độ lọc ra diện tích và số buồng

Khi biết tổng lượng chất rắn khô cần xử lý W_T (kgDS) trong thời gian t_T (giờ), diện tích lọc cần có là (công thức 5.6):

Nhân thêm hệ số dự phòng cho dao động tải và suy giảm vải lọc; bài Tính công suất và tải lượng dùng hệ số 1,2–1,5. Sau đó chia cho diện tích lọc của một buồng theo catalogue của model định chọn để ra số buồng. Nếu một máy không đủ số buồng, tăng số máy (mục 5.6.2).

Ví dụ minh họa (số của site, không phải số đo thật). Mẻ thử trên máy diện tích 430 cm² thu được 250 g bánh ướt, độ ẩm 70%; lọc 120 phút, ép màng 15 phút, thời gian phụ 30 phút:

• Chất rắn khô: 250 × 0,30 = 75 g = 0,075 kg.
• Q = 0,075 ÷ 0,043 × 60 ÷ 165 ≈ 0,63 kgDS/(m²·h).
• Nhà máy có 1.200 kgDS/ngày, máy chạy 20 giờ/ngày, hệ số dự phòng 1,25: A = 1.200 ÷ (0,63 × 20) × 1,25 ≈ 118 m².
• Nếu model định chọn có 1,5 m² mỗi buồng: khoảng 79 buồng, tức một máy cỡ lớn hoặc hai máy nhỏ hơn.

4. Công cụ tính diện tích lọc và số buồng

5. Đọc số liệu thử: dừng lọc lúc nào

Sổ tay LFPI (bảng 5-3) có một bảng dữ liệu thử lọc áp không đổi 0,7 MPa với bùn nhà máy nước nồng độ 5,29%, trên máy ép khung bản cỡ nhỏ diện tích 428 cm², buồng dày 10 mm. Sau 480 phút buồng đầy, bánh ướt 264,1 g, khô 78,6 g, độ ẩm 70,2%. Có thể kiểm tra lại: 264,1 × (100 − 70,2) ÷ 100 ≈ 78,7 g, khớp với khối lượng khô đo được.

Điều đáng chú ý là tốc độ nước lọc giảm rất nhanh: phút đầu tiên ra khoảng 0,51 cm³ nước lọc trên mỗi cm² mặt lọc, đến phút 480 chỉ còn khoảng 0,006 cm³/cm² mỗi phút, vì lớp bánh dày dần cản nước. Nếu tính tốc độ lọc trung bình cho cả chu kỳ, dừng lọc sớm cho kết quả cao hơn nhiều:

Đổi lại, dừng sớm thì buồng chưa đầy: bánh mỏng, ướt, khó bong khỏi vải. Đó là lý do có hai cách chọn thời gian lọc (mục 2.3.3, 2.3.5):

• Máy có màng ép: dừng lọc khi tốc độ còn cao, rồi ép màng để bánh đủ khô và chắc để xả. Cách này tận dụng phần đầu của đường lọc, nơi tốc độ cao nhất.
• Máy vải lọc cố định: để buồng đầy bánh dày cho bánh tự bong khi mở tấm. Máy vải lọc chạy (vải đi theo bánh) thì chấp nhận bánh mỏng hơn, chu kỳ ngắn hơn.

Vì vậy khi so sánh các báo giá máy ép khung bản, nên hỏi rõ tốc độ lọc được tính với thời gian lọc, thời gian ép và thời gian phụ bao nhiêu, và bánh có đầy buồng hay không.

6. Những điểm hay làm sai cỡ máy

• Quên thời gian phụ. Đóng mở tấm, xả bánh và rửa vải có thể chiếm phần đáng kể của chu kỳ; chỉ chia cho thời gian lọc sẽ ra máy quá nhỏ.
• Thử ở một nồng độ. Bùn thực tế dao động; sổ tay khuyên thử ít nhất ba nồng độ quanh mức thiết kế.
• Bùn thay đổi tính chất. Khi cỡ hạt hoặc nồng độ thay đổi, năng suất và độ ẩm bánh có thể khác hẳn (mục 2.3.4). Cần ổn định bùn đầu vào, hoặc dùng chất keo tụ, chất trợ lọc khi bùn khó lọc.
• Không tính số lần rửa vải. Bùn làm bẩn vải nhiều thì phải rửa thường xuyên hơn, giảm số mẻ mỗi ngày.
• So sánh máy chạy theo mẻ với máy chạy liên tục bằng cùng một con số. Đổi tốc độ lọc kgDS/(m²·h) của máy ép khung bản về kgDS/h của cả máy rồi mới so với máy liên tục.

7. Nguồn tham khảo

• LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng (「ユーザーのための ろ過脱水機ガイドブック」), Hiệp hội Công nghiệp Công nghệ Làm trong Chất lỏng Nhật Bản (LFPI), 12/2011: mục 1.7, 2.3.1–2.3.5, công thức (2.2); mục 3.3.1; bảng 5-3; mục 5.6.1–5.6.2, công thức (5.4)–(5.6).

Nội dung viết lại và tổng hợp, không phải bản dịch. Ví dụ tính ở mục 3 và số mặc định của công cụ là số minh họa của site. Hình 1 do site tính lại từ bảng 5-3 với giả định ghi dưới hình.

Câu hỏi thường gặp

Số liệu có dấu * là công bố của nhà sản xuất, không thay thế thử nghiệm với bùn thực tế.