Máy ly tâm trục vít có sàng: Đặc điểm thiết kế

Máy ly tâm vít sàng là một thiết bị kỹ thuật tiên tiến được thiết kế trong lĩnh vực công nghệ tách rắn-lỏng. Sử dụng lực ly tâm và thiết kế cơ khí được xây dựng cẩn thận, máy ly tâm vít sàng hoạt động hiệu quả và liên tục trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Thiết bị với thiết kế như vậy có khả năng tách các vật liệu khó tách bằng các bộ tách khác, đặc biệt là những vật liệu có hạt lớn và đặc tính dòng chảy độc đáo. Cần phải đánh giá cao và hiểu rõ các thông số kỹ thuật thiết kế của máy để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động trong nhiều lĩnh vực và ngành nghề. Từ ngành chế biến hóa chất đến sản xuất thực phẩm, máy ly tâm vít sàng đã chứng minh được giá trị to lớn của mình trong mọi hoạt động cần tách khối lượng lớn vật liệu một cách hiệu quả và đáng tin cậy.

Chức Năng Chính Của Máy Ly Tâm Vít Sàng

Máy ly tâm vít xoắn được xây dựng dựa trên một khái niệm đa dạng nhưng đơn giản. Hỗn dịch đi vào phải chịu các lực ly tâm cực mạnh do sự quay nhanh của trống ly tâm. Các hạt rắn nặng hơn di chuyển về thành ngoài và bị giữ lại bởi lưới lọc, trong khi chất lỏng nhẹ hơn đi qua lưới và thoát ra khỏi máy ly tâm qua thành thiết bị. Điều này làm cho khối vật liệu tách rời ngày càng lớn dần trên bề mặt lưới. Khối này được đội ngũ kỹ thuật gọi là 'bánh cặn'.

Các bộ phận bên trong xoắn ốc đặc biệt hoạt động liên tục chính là yếu tố tạo nên sự thành công của quá trình vận hành. Có một trục vít xoắn quay với tốc độ hơi khác so với bồn chứa chính, được gọi là tốc độ chênh lệch. Điều này khiến cho phần xoắn ốc từ từ và liên tục đẩy lớp bánh lọc rắn về phía đầu xả của máy ly tâm. Đồng thời, dòng chất lỏng đã làm sạch đi theo một đường xả riêng biệt. Phương pháp thông minh này là quy trình tự động hoàn toàn và liên tục duy nhất để tách pha rắn và pha lỏng, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các quá trình công nghiệp không thể dừng lại. Toàn bộ hệ thống hoạt động mà không cần bất kỳ sự can thiệp nào của con người, và chất lượng đầu ra ổn định trong suốt quá trình được đảm bảo.

Các thông số kỹ thuật chính và mức độ liên quan của chúng

Khi đánh giá các máy ly tâm sàng quay, một số đặc điểm thiết kế cần được xem xét kỹ lưỡng vì chúng ảnh hưởng cơ bản đến hiệu suất và mức độ phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Đường kính buồng ly tâm dao động từ khoảng 200mm đối với các mẫu nhỏ hơn đến 1000mm đối với các đơn vị công nghiệp quy mô lớn. Kích thước này chủ yếu xác định năng lực xử lý của máy, vì đường kính lớn hơn cho phép lưu lượng qua cao hơn, mặc dù có thể đòi hỏi công suất lớn hơn và tiêu tốn nhiều diện tích hơn. Tốc độ quay của buồng, thường được nêu theo đơn vị vòng trên phút (rpm), hoạt động phối hợp với đường kính để tạo ra lực ly tâm cần thiết nhằm thực hiện quá trình tách hiệu quả. Tùy thuộc vào mẫu mã và yêu cầu ứng dụng, các tốc độ vận hành phổ biến thường nằm trong khoảng từ 900 đến 4000 rpm.

Cũng có yếu tố tách biệt, được định nghĩa là tỷ lệ giữa gia tốc ly tâm và gia tốc trọng trường, đây là một đặc tính rất quan trọng. Tỷ lệ càng lớn thì lực tách càng mạnh, với một số mẫu cung cấp các yếu tố tách lên đến 2000 G-force. Đặc tính này trực tiếp quyết định hiệu quả của máy trong việc xử lý các vật liệu mịn hoặc các vật liệu có mật độ chất rắn và chất lỏng gần nhau. Khả năng xử lý, được lượng hóa theo m³/giờ, cũng thay đổi từ những mẫu khiêm tốn 0,5 m³/h lên đến các đơn vị công suất lớn 30 m³/h hoặc cao hơn. Đặc tính này phải được khớp rất sát với yêu cầu sản xuất để đạt được hoạt động hiệu quả nhất của máy mà không làm quá tải hệ thống.

Trước khi đi vào chi tiết, điều quan trọng là phải xác định các điểm cực bắc và cực nam của dải mô hình, vì mục đích của văn bản này sẽ giới hạn ở các máy ly tâm acomadic. Dải thấp nhất khoảng 3kW cho các thiết bị nhỏ tiếp tục như trên, trong khi mức cao nhất là 75kW cho các thiết bị lớn. Do đó, có sự chênh lệch gấp 10 lần. Khi xem xét về cơ khí, cấu trúc và công suất vận hành, cần phải có sự phù hợp về công suất, nhằm đảm bảo hiệu quả năng lượng trong phạm vi hoạt động phù hợp. Dải hiệu suất vận hành tính theo diện tích của các máy lớn đạt kích thước 3200*2200*2300 mm. Khi lên kế hoạch lắp đặt tại cơ sở riêng, các yếu tố như điểm mềm cũng như trọng lượng là rất quan trọng. Ví dụ, việc vận chuyển và lắp đặt một mô hình tiêu chuẩn nặng 550 kg so với thiết bị nặng 6000 kg đòi hỏi các phương pháp tiếp cận khác nhau. Điều này dẫn đến khả năng thi công lắp đặt, đóng vai trò then chốt trong việc lập kế hoạch cho các phân khu lớn, đặc biệt khi xem xét các máy bị giới hạn về không gian. Loại hình cơ sở chủ nhà đóng một vai trò quan trọng.

Khi sử dụng các máy ly tâm này, điều quan trọng là cần lưu ý đến tính không thỏa hiệp của cấu tạo khi sử dụng các vật liệu đã nêu ở trên. Bộ phận tiếp xúc nhiều nhất với các thành phần được xử lý sẽ là vỏ ngoài, do đó đối với bộ phận này, lựa chọn phổ biến nhất là thép không gỉ loại 316L và 304. Khả năng chống ăn mòn, mài mòn và trầy xước là những yếu tố chính của các loại thép không gỉ này. Đối với những bộ phận bị mài mòn nhiều hơn nữa, ví dụ như băng tải xoắn, các mô hình này được trang bị lớp bảo vệ mài mòn chuyên dụng dưới dạng cao su đàn hồi hấp thụ sốc có gắn các mảnh hợp kim cứng để kéo dài tuổi thọ phục vụ thêm nữa

Hệ thống truyền động là yếu tố quan trọng tiếp theo cần xem xét. Nhiều máy ly tâm ốc vít màn hình hiện đại sử dụng hai động cơ với điều khiển tần số độc lập cho cả buồng xoay và băng tải. Cấu hình này cho phép người vận hành kiểm soát và thay đổi tốc độ của buồng xoay và băng tải một cách riêng biệt, từ đó điều chỉnh được tốc độ vi sai. Việc điều chỉnh tốc độ vi sai này chính là yếu tố quyết định độ khô của chất rắn, độ trong của chất lỏng, cũng như khả năng linh hoạt của toàn bộ quá trình. Bản thân bộ vi sai có thể được chế tạo bằng các loại hộp số khác nhau, bộ vi sai thủy lực, hoặc bánh răng cycloidal dạng chốt. Mỗi loại đều có những ưu điểm riêng phù hợp với các ứng dụng khác nhau, điều kiện vận hành và mô-men yêu cầu.

Thiết kế của các đơn vị xả thay đổi tùy theo từng ứng dụng khác nhau. Hầu hết các máy ly tâm vít lưới có hệ thống xả liên tục tự động hoàn toàn, cho phép hoạt động liên tục mọi lúc. Các thiết lập độc đáo của các cổng xả, máng dẫn, tấm chắn tràn và hệ thống xả có thể được điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu vật liệu cụ thể và tạo điều kiện tích hợp dễ dàng với các hệ thống thứ cấp phía sau. Các mẫu nâng cao hơn được trang bị sự kết hợp độc đáo của các hệ thống bảo vệ như kiểm soát rung động, ổ bi và điều khiển động cơ nhằm ngăn ngừa quá nhiệt, kiểm soát vòng quay vượt mức cũng như mô-men xoắn trên băng tải. Những hệ thống bảo vệ này giảm đáng kể nguy cơ hư hỏng và cho phép kích hoạt chế độ bảo vệ tự động bằng cách tạm ngưng hệ thống khi các điều kiện vận hành nằm ngoài giới hạn cho phép.

Cấu hình tùy chỉnh theo nhu cầu cụ thể

Máy ly tâm xoắn ốc có nhiều thiết kế khác nhau để đáp ứng các nhu cầu vận hành khác nhau. Loại tiêu chuẩn được đặc trưng bởi động cơ đơn với điều khiển tần số biến đổi, cho phép điều chỉnh tốc độ liên tục thông qua bộ giảm tốc cycloidal hoặc vi sai hành tinh – hệ thống dùng để duy trì chênh lệch tốc độ giữa trục xoắn và buồng ly tâm. Trong hầu hết các trường hợp thông thường, các cấu hình như vậy là phù hợp khi đặc tính của vật liệu xử lý khá đồng nhất và điều kiện xử lý không biến động.

Loại hộp số cơ khí là bước tiếp theo trong các cấu hình phân cấp như vậy, được tùy chỉnh với các bộ vi sai thủy lực có thể tích nhỏ nhưng mô-men đẩy lớn. Các cấu hình như vậy đặc biệt phù hợp để tách các vật liệu có tạp chất quá cỡ lớn, hoặc có hàm lượng chất rắn ban đầu cao, vượt quá khả năng tách của các cấu hình tiêu chuẩn. Các thiết bị này thường được trang bị hệ thống điều khiển phản hồi vi sai với chức năng cảnh báo quá tải tại đầu ra, và cảnh báo áp suất tối đa kèm chức năng tắt máy tự động. Điều khiển vô cấp trực tuyến tốc độ vi sai trong dải từ 1-30v/ph mà không cần dừng thiết bị là một tính năng rất giá trị đối với tự động hóa quy trình, trong những trường hợp cần điều chỉnh thường xuyên khi điều kiện vận hành thay đổi.

Đối với các vật liệu khó xử lý mà đặc tính dòng chảy gây ra vấn đề, kiểu cấp liệu bằng trục vít mang lại lợi thế. Cấu hình này có cổng cấp liệu xoắn chuyên dụng cho phép cấp liệu ổn định và liên tục với độ rung cực nhỏ hoặc không có. Thiết kế này hoạt động rất hiệu quả trong quá trình xử lý các vật liệu tinh thể có nồng độ cao và khả năng lưu hóa kém, vốn trong các mẫu khác thường gây tắc nghẽn hoặc xử lý mất cân bằng. Nhờ hệ thống cấp liệu tiên tiến, các máy ly tâm này có thể mang lại kết quả ổn định dù độ nhớt hay nồng độ chất rắn thay đổi trong suốt quá trình xử lý mẻ.

Ứng Dụng Công Nghiệp và Khả Năng Tương Thích Vật Liệu

Phạm vi ứng dụng rộng rãi của các máy ly tâm vít sàng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau thể hiện tính linh hoạt của chúng. Trong ngành hóa chất, chúng được sử dụng để xử lý các loại tinh thể, sợi và hạt nhựa mà độ nguyên vẹn của các hạt này không quá quan trọng. Trong ngành khai thác mỏ, những thiết bị này được dùng để phân cấp bùn khoáng, làm khô đuôi thải và xử lý làm khô các loại quặng khác nhau. Thiết kế đặc biệt của chúng với lớp bảo vệ chống mài mòn bổ sung khiến chúng rất phù hợp để xử lý các vật liệu mài mòn hơn trong ngành khoáng sản.

Một lĩnh vực quan trọng khác mà các máy này có thể được sử dụng là chế biến thực phẩm, bao gồm việc sử dụng máy ly tâm vít sàng để tách tinh bột, khử nước protein và xử lý thịt quả. Trong những khu vực chế biến thực phẩm nhạy cảm này, các bề mặt dễ làm sạch và vật liệu chống ăn mòn là yếu tố thiết yếu để đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh. Trong sản xuất kháng sinh, ngành dược phẩm sử dụng các máy ly tâm này để tách dịch lên men và các quá trình khác cần sự tách pha rắn-lỏng đáng tin cậy và kiểm soát chính xác.

Việc sử dụng các máy ly tâm này liên quan đến môi trường trong xử lý nước thải công nghiệp và xử lý nước thải sinh hoạt bao gồm việc làm đặc hiệu quả và tách nước bùn, nhờ đó giảm đáng kể lượng bùn cần được xử lý hoặc xử lý tiếp. Khả năng hoạt động liên tục của chúng là yêu cầu bắt buộc đối với các ứng dụng có khối lượng lớn này, nơi mà việc ngừng hoạt động là không được phép. Khả năng làm việc với nhiều loại bùn khác nhau và nồng độ chất rắn thay đổi mà không cần thực hiện những thay đổi lớn là một trong những lý do khiến chúng được ưa chuộng. Thực tế, nhiều mẫu máy trong số này có thể xử lý nguồn cấp chứa hàm lượng chất rắn cao hơn nhiều so với mức có thể đạt được bằng các công nghệ khác.

Các yếu tố cần xem xét và tối ưu hóa hiệu suất

Để khai thác tối đa hiệu quả từ một máy ly tâm vít xoắn dạng sàng, cần phải đánh giá một số đặc tính vận hành. Một trong những yếu tố là kiểm soát tốc độ cấp liệu. Nếu tốc độ cấp liệu quá cao, hệ thống sẽ bị quá tải và tắc nghẽn. Nếu tốc độ cấp liệu quá thấp, hệ thống sẽ giảm hiệu suất và mài mòn nhiều hơn. Kết quả xử lý cũng như các yếu tố ảnh hưởng như nồng độ cấp liệu và phân bố kích thước hạt phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính riêng biệt. Mô hình máy ly tâm sẽ quyết định cách mà một số đặc tính này tương tác với nhau. Trong nhiều trường hợp, người vận hành cố gắng tối ưu hóa sự đánh đổi giữa lượng chất rắn xả ra, dòng lỏng thải và hàm lượng độ ẩm còn lại.

Việc điều khiển máy ly tâm xoắn ốc màn hình hiện đại sẽ cho phép người dùng tinh chỉnh hệ thống theo nhu cầu của họ. Ví dụ, các bộ truyền động tần số biến đổi cho phép điều chỉnh chính xác hơn về tốc độ của trống và băng tải vít, và có thể được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu của quá trình vận hành. Độ khô của lớp cặn cuối cùng phần lớn phụ thuộc vào thời gian lưu lại trong vùng tách. Thời gian này do chênh lệch tốc độ giữa trống và băng tải xoắn quyết định. Thông thường, tốc độ chênh lệch thấp hơn sẽ tạo ra chất rắn khô hơn, nhưng đi kèm với nhược điểm là năng suất thấp hơn. Tốc độ nhanh hơn sẽ làm giảm độ ẩm nhiều hơn, nhưng cũng đi kèm với nhược điểm là giảm khối lượng chất rắn. Việc tìm ra tốc độ phù hợp với yêu cầu của từng ứng dụng có thể cần một quá trình tinh chỉnh, và thường được thực hiện trong giai đoạn chạy thử.

Khi lựa chọn và sử dụng các thiết bị này, hãy luôn ghi nhớ đến các yếu tố bảo trì. Những mẫu có hệ thống giám sát đầy đủ để theo dõi các thông số như vòng/phút, tốc độ chênh lệch, rung động, nhiệt độ bạc đạn và mô-men xoắn băng tải xoắn thì vô cùng quý giá trong việc tránh thời gian ngừng hoạt động đắt đỏ và ngoài kế hoạch. Việc kiểm tra bảo trì định kỳ các bộ phận mòn, đặc biệt là băng tải xoắn và bề mặt sàng, giúp duy trì hoạt động ổn định, và việc thay thế có thể được lên lịch để tránh hỏng hóc. Để tối đa hóa hiệu quả bảo trì và đảm bảo việc sử dụng máy được tối ưu, hầu hết các nhà sản xuất máy đều cung cấp dịch vụ quan sát lắp đặt, đào tạo vận hành và hỗ trợ bảo trì.

Các công nghệ tách ly tâm bằng vít xoắn có những ưu điểm và nhược điểm riêng biệt so với các lựa chọn khác. So sánh với máy ép khung bản, chúng cho phép vận hành liên tục thay vì xử lý theo mẻ, tự động hóa cao hơn và chiếm ít diện tích hơn. Ngược lại, đối với một số vật liệu, máy ép khung bản có thể tiết kiệm chi phí hơn trong các ứng dụng công suất thấp, và chúng có thể tạo ra các bánh lọc khô hơn. Ngoài ra, máy ly tâm vít xoắn cho phép vận hành liên tục, tránh được thời gian ngừng hoạt động liên quan đến bảo trì vật liệu lọc – điều phổ biến trong vận hành máy ép khung bản – và do đó nâng cao tổng năng lực xử lý.

So với các máy ly tâm decanter không có sàng, những loại có sàng và trục xoắn đạt được khả năng thoát nước hoàn chỉnh hơn nhờ sự kết hợp của lực ly tâm và bề mặt sàng. Điều này có thể tạo ra sản phẩm rắn thải ra khô hơn trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là với các loại vật liệu phức tạp hơn như dạng tinh thể hoặc sợi. Ngược lại, các máy ly tâm decanter có thể loại bỏ được nhiều vật liệu mịn hơn và là công cụ phù hợp hơn cho một số ứng dụng, nhất là đối với các vật liệu có nguy cơ làm tắc bề mặt sàng. Việc lựa chọn công nghệ thường phụ thuộc vào đặc điểm cụ thể của vật liệu và yêu cầu của quá trình.

Các sàng rung và các bộ tách dựa trên trọng lực khác trên thị trường thường có chi phí ban đầu và chi phí vận hành thấp hơn, nhưng xét về khả năng tách biệt và năng suất, chúng không thể cạnh tranh với các hệ thống ly tâm. Trong các hoạt động tách mịn hoặc xử lý khối lượng lớn, các máy ly tâm kiểu vít sàng thường là giải pháp hiệu quả về chi phí nhất, ngay cả khi chi phí ban đầu cao hơn. Việc vận hành liên tục giúp giảm nhu cầu lao động so với hệ thống gián đoạn thủ công, đồng thời cả chi phí ban đầu lẫn chi phí vận hành của máy ly tâm thường rẻ hơn khi xem xét khối lượng vật liệu được xử lý trong suốt vòng đời của hệ thống.

Xu hướng trong tương lai và phát triển công nghệ

Các cải tiến công nghệ tập trung vào hiệu suất, hiệu quả và tính dễ sử dụng tiếp tục định hình sự phát triển của máy ly tâm xoắn màn hình. Những tiến bộ trong khoa học vật liệu tạo ra các hợp kim chống ăn mòn và bền hơn, giúp kéo dài tuổi thọ dịch vụ của các bộ phận quan trọng trong các ứng dụng khắc nghiệt. Các bề mặt chưa xử lý và lớp phủ chuyên biệt được thiết kế để chịu được chất mài mòn là những cải tiến có tiềm năng giảm bảo trì và chi phí. Những cải tiến này giúp các bộ phận lão hóa chậm hơn và duy trì hiệu suất ổn định theo thời gian.

Sự tinh vi của các hệ thống điều khiển đang ngày càng gia tăng, và các bộ điều khiển logic lập trình được cho phép tự động hóa toàn bộ quá trình, bao gồm khởi động, dừng và điều khiển quá trình theo thời gian thực nhằm tối ưu hóa, đang trở nên phổ biến hơn. Các hệ thống mới hơn có khả năng duy trì hiệu suất tối ưu một cách tự chủ mà không cần hiệu chỉnh thủ công bằng cách kiểm soát và điều chỉnh các biến trong quá trình. Khả năng duy trì hiệu suất tối ưu mà không cần hiệu chỉnh thủ công đã làm tăng hiệu quả và giảm chi phí. Khả năng điều khiển từ xa các hệ thống này, bao gồm cả bảo trì dự đoán, mang lại tiềm năng to lớn trong lĩnh vực công nghiệp.

Một lĩnh vực phát triển khác là hiệu quả năng lượng. Để giảm chi phí vận hành và tác động đến môi trường, các nhà sản xuất đang nghiên cứu cải tiến động lực học chất lỏng, thiết kế động cơ hiệu quả hơn và các hệ thống quản lý năng lượng tiên tiến. Các mẫu mới tích hợp hệ thống thu hồi năng lượng nhằm thu thập và tái sử dụng điện năng mà trước đây bị mất đi dưới dạng nhiệt. Xu hướng tập trung vào tính bền vững trong mọi ngành công nghiệp sẽ khiến những cải thiện về hiệu suất ngày càng ảnh hưởng lớn hơn đến việc lựa chọn thiết bị. Việc cải thiện khả năng tách biệt và thiết kế nâng cao các tấm sàng cùng với các kiểu dòng chảy cho các quá trình khác nhau là trọng tâm của các nghiên cứu nhằm khai thác tối đa tiềm năng của những máy móc này.

Nhìn chung, máy ly tâm giun màn hình là một công nghệ tách lọc tinh vi mà các thông số của nó là kết quả của thiết kế trình độ cao trong nhiều ứng dụng khác nhau. Các thông số thiết kế bao gồm thiết kế kích thước và công suất cơ bản, điều khiển vận hành, lựa chọn vật liệu thành phần và tích hợp hệ thống. Những nguyên tắc thiết kế này sẽ xác định công nghệ phù hợp nhất cho một yêu cầu vận hành cụ thể. Hơn nữa, những máy móc này, khi công nghệ và sự tinh vi trong thiết kế cùng với việc tích hợp mô hình xử lý ngày càng được cải thiện, sẽ tiếp tục là những thiết bị công nghiệp được sử dụng rộng rãi.