Bơm màng khí nén – Tối ưu hóa hệ thống máy ép bùn khung bản (filter press)

Bài viết bởi: Paul McGarry                                            

Dịch bởi: Intech Pumps Vietnam Team

 

1. Lịch Sử Và Sự Hình Thành:

Máy ép bùn (Filter Press) đã được phát minh cách đây 100 năm tại Vương quốc Anh. Trong vòng 30 năm sau khi được ra mắt, nó đã trở nên phổ biến và là lựa chọn hàng đầu về các ứng dụng xử lý chất lỏng trong công nghiệp tại Hoa Kỳ.

Nhờ có thiết kế hoàn thiện và nguyên lý hoạt động tối ưu, máy ép bùn (Filter Press) đã trở thành một thiết bị quan trọng trong công đoạn phân tách, đặc biệt là khi cần loại bỏ chất rắn ra khỏi lưu chất. Trong công đoạn này, “bùn” được tách ra ngoài, khi lưu chất di chuyển qua máy ép bùn (Filter Press). Chất lỏng đã được làm sạch có thể chuyển đến công đoạn tiếp theo của quy trình sản xuất hoặc tuần hoàn lại máy ép bùn để xử lý tiếp.

Máy ép bùn đã thành một thiết bị không thể thiếu trong công nghệ phân tách. Và từ đó đến nay, đã có rất nhiều cải tiến, thay đổi, giúp máy ép bùn hoạt động một cách hiệu quả, tối ưu hóa hơn nữa trong quá trình vận hành.

Bài viết này sẽ đưa ra góc nhìn về ba thị trường và ứng dụng, nơi mà máy ép bùn được xem như là sự lựa chọn số một. Bên cạnh đó, bài viết này sẽ làm nổi bật công nghệ về bơm thể tích (positive displacement – PD) cụ thể hơn là bơm màng khí nén (AODD) trong việc sử dụng kết hợp với máy ép bùn, không phân biệt lĩnh vực công nghiệp hay ứng dụng.

 

2. Không lãng phí khi không thực sự cần thiết! – “Waste not, want not!”

Từ những ngày đầu tiên, máy ép bùn (Filter press) đã chứng tỏ được giá trị sử dụng trong ứng dụng về xử lý lưu chất, đặc biệt là trong xử lý nước thải. Đây là lĩnh vực mà chúng ta cần xử lý một lượng lớn khối lượng chất rắn và chất lỏng, các chất này cần được tách rời liên tục hàng ngày. Lý do mà máy ép bùn (Filter press) vận hành tốt trong lĩnh vực này, chính là bởi vì phương thức hoạt động của chúng:

Khi hỗn hợp chất rắn được bơm vào bộ lọc, hai buồng chứa sẽ được lấp đầy, tạo điều kiện hình thành “bánh bùn” (cake-creation) dạng chất rắn đặc. Ngay sau khi buồng chứa đầy, áp suất trong hệ thống tăng lên, cho đến khi buồng chứa đạt áp suất cực đại, quá trình nén được xảy ra, sau đó chất lỏng được đưa ra ngoài theo dòng nước hoặc khí nén bằng đường xả. Quá trình lọc này để lại bánh chất rắn hoặc cặn đã sẵn sàng để tiêu hủy.

Một ưu điểm lớn trong quá trình tạo bánh bùn (cake-creation) này đối với các người vận hành trong các nhà máy xử lý nước/nước thải là thay vì phải xử lý một lượng lớn bùn ẩm thì việc sử dụng máy ép bùn (filter press) cho ra kết quả là một dòng được nước trung hòa và lượng bánh (cake-creation) được tách ra trong quá trình ép, làm giảm chi phí xử lý chất thải.

Để giúp máy bơm hoạt động một cách ổn định và đạt hiệu suất cao nhất, máy ép bùn yêu cầu hệ thống đồng bộ và áp suất ổn định để đảm bảo các lớp mỏng tạo thành các bánh bùn không bị phá hủy. Điều này mang ý nghĩa quan trọng vì áp suất cần thiết có thể lên đến 100 pounds/inch (~7bar). Quá trình xử lý nước/nước thải cũng đòi hỏi sử dụng nhiều loại hoá chất phụ trợ. Ví dụ những hoạt chất như nước vôi, các lưu chất có tính mài mòn, và nhiều loại dung dịch tính kiềm (không thể được thải trực tiếp ra môi trường). Điều này nảy sinh nhu cầu về công nghệ bơm không rò rỉ, đáng tin cậy và tương thích với đa dạng các loại chất lỏng khác nhau – Đó chính là bơm màng khí nén (AODD pumps).

 

3. Đơn giản hóa vấn đề

Qua những điều trên, mọi người đều đã ít nhiều thấy về quy trình sản xuất siro (ở đây tác giả đưa ra ví dụ về sản xuất sirô cây phong): 

Hàng loạt các xô được kết nối với nhau bằng ống nhựa treo trên những cây phong, cho phép nhựa cây chảy vào các xô. Sau đó, nhựa phong được đun sôi liên tục cho đến khi cô đặc lại, đến mức có thể được gọi là siro để có thể ăn cùng với bánh. Đây là một quá trình tiêu tốn thời gian và cả công sức và đã được sử dụng hàng trăm năm qua.

Trong khoảng hai hoặc ba thập kỷ gần đây, quá trình sản xuất siro phong đã hoàn toàn được công nghiệp hóa, hiện đại hóa, với nhiều nhà sản xuất hiện đang sử dụng quy trình sản xuất thẩm thấu ngược giúp giảm thời gian và và chi phí để sản xuất siro phong. Bắt đầu xuất hiện máy ép bùn – hay những nhà sản xuất siro còn bắt đầu gọi là máy ép siro. Thay vì liên tục đun sôi nhựa cây để tạo siro, quá trình sản xuất hiện nay cho phép nhựa cây đi qua máy ép (tương ứng với giai đoạn bay hơi). Sau khi ép, nhựa cây được tách thành dung dịch siro dạng keo và  nước được loại bỏ. Để bắt đầu quá trình sản xuất, bơm màng khí nén (AODD pumps) được sử dụng để vận chuyển nhựa thô vào máy ép ở đầu quy trình sản xuất.

4. Đối phó với môi trường có nhiệt độ thấp

Có một số quy trình sản xuất công nghiệp đòi hỏi sản phẩm cuối cùng phải được sản xuất và chiết tách điều kiện nhiệt độ môi trường cực kỳ thấp. Trong thực tế, ở một số trường hợp, điều này đòi hỏi sử dụng một vài loại dung môi  như ethanol  -40ºF (-40ºC). Khi bắt đầu các quy trình sản xuất các sản phẩm như thế này, bơm màng được sử dụng để đẩy hỗn hợp chứa nguyên liệu thô và ethanol siêu lạnh qua bộ lọc ép.

Chính vì các quy trình như thế này rất phổ biến trong sản xuất và các sản phẩm của nó là những thứ được con người tiêu thụ trực tiếp (như dược phẩm, thực phẩm), cho nên chúng phải được sản xuất dưới sự giám sát nghiêm ngặt bằng quy định sản xuất an toàn vệ sinh. Điều này có nghĩa là, bơm được dùng không chỉ có khả năng đáp ứng được nhiệt độ cực thấp, mà còn phải tuân thủ với các quy định của Cơ quan Quản lý Thực phẩm & Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA), cũng như các quy định của Chỉ thị Hạn chế Chất độc hại của Châu Âu (RoHS). Cụ thể, quy định RoHS 3 liệt kê mức tối đa (dưới 1.000 phần triệu) có thể có của các chất như chì, thủy ngân và cadmium được phép xuất hiện trong các sản phẩm tiêu dùng cuối.

Hơn nữa, vì ethanol được phân loại là một chất nổ, các bơm được sử dụng trong sản xuất hàng hóa yêu cầu nó trong quá trình sản xuất phải được chứng nhận sử dụng theo hướng dẫn ATEX Category II, quy định về việc sử dụng trong bầu không khí có chứa khí, hơi hoặc hỗn hợp khí/bụi có thể nổ.

 

5. Giải pháp bơm màng khí nén

Để tối ưu quá trình ép và tách lưu chất rắn và lỏng trong sản xuất, thì việc sử dụng bơm màng khí nén (AODD pumps) là một sự lựa chọn thích hợp nhất, với những điểm mạnh như:

• Khả năng chạy khô
• Khả năng tương thích với các loại chất lỏng (hóa chất, bào mòn, đặc sệt,…)
• Bơm màng khí nén không có động cơ, bộ phận quay hoặc phớt trục quay, giúp tối ưu được việc bảo trì của nhà máy

So sánh với các công nghệ bơm thể tích khác (positive displacement – PD) cũng được sử dụng kết hợp với máy ép bùn:

Đặc điểm	Bơm màng piston	Bơm trục vít	Bơm nhu động	Bơm màng khí nén
Khả năng chạy khô	Bị giới hạn	Không thể chạy khô	Có thể chạy khô	Có thể chạy khô
Xử lý chất mài mòn	Có thể bơm một vài chất lỏng mài mòn	Không thể bơm lỏng mài mòn	Không thể bơm chất mài mòn, có nguy cơ hỏng đột ngột do mài mòn	Có thể bơm nhiều loại chất mòn lớn
Khả năng bảo trì	Cần bảo trì liên tục	Cần bảo trì tương đối thường xuyên	Cần bảo trì, thay thế ống thường xuyên	Ít cần bảo trì
Vận hành	Tốn nhiều năng lượng, cần cả điện và khí nén để vận hành	Tốn tương đối năng lượng, cần điện để vận hành	Tốn tương đối năng lượng, cần điện để vận hành	Không cần tốn nhiều năng lượng, chỉ dùng khí nén để vận hành

 

• Với những ưu điểm trên, bơm màng khí nén có thể vận hành trong các ứng dụng ép lọc bởi vì thiết kế  đơn giản và phương pháp vận hành. Một cặp màng khí nén được kết nối thông qua một thanh màng hoạt động đồng bộ để di chuyển chất lỏng qua máy bơm. Trong khi một bên của máy bơm ở chế độ hút, bên còn lại ở chế độ xả. Khi một bên màng di chuyển vào trong, nó tạo ra lực hút. Lực hụt này khiến bi đặt trên van một chiều di chuyển về phía nhau.
• Khi điều này diễn ra, bi phía trên đóng van trong khi bi phía dưới di chuyển làm mở van, tạo ra lối dẫn giúp chất lỏng di chuyển vào buồng bơm. Khi màng di chuyển ra ngoài, chuyển động xả khiến bi di chuyển ra xa nhau. Khi điều này xảy ra, phía trên van mở ra và phía dưới van đóng lại.
• Điều này cho phép chất lỏng thoát ra khỏi buồng và xả qua cổng trên cùng. Quá trình này luân phiên liên tục giữa hai buồng tạo thành một chu trình liên tục. Màng của máy bơm được điều khiển bởi khí nén có áp suất được điều hướng trái và phải nhờ chuyển động của van khí chính.

Kết quả đạt được là quy trình bơm giữ ở mức ổn định về mặt thể tích ở tốc độ dòng chảy 200 gpm (~757 Lít/phút) hoặc cao hơn, ngay cả với độ nhớt và áp suất chất lỏng khác nhau. Việc khởi động bơm màng rất đơn giản, chỉ cần  gắn ống khí nén vào hệ thống phân phối khí (ADS) của máy bơm và bật nó lên. Bơm màng khí nén yêu cầu diện tích nhỏ, cho phép sử dụng trong những khu vực hoạt động hẹp hơn.

Nhiều nhà sản xuất bơm màng khí nén hiện nay cũng đang sản xuất các mẫu máy bơm hợp vệ sinh/ đảm bảo vệ sinh có thể được dùng trong sản xuất các sản phẩm hàng tiêu dùng hoặc trong môi trường vận hành yêu cầu bơm với tiêu chuẩn ATEX, FDA, USP class VI,… . Điều này mở rộng phạm vi hoạt động của bơm màng khí nén có thể được dùng kết hợp với máy ép bùn.

6. Kết luận

Máy ép bùn đã được chứng minh là có thể hoạt động một cách đáng tin cậy trong một số ứng dụng công nghiệp đòi hỏi phải tách chất rắn và chất lỏng, nhưng phạm vi ứng dụng của nó không chỉ dừng lại ở đó. Các nhà máy sản xuất hàng tiêu dùng, một số được sản xuất trong môi trường nghiêm ngặt, nhận thấy rằng máy ép bùn có thể là một trong những phần không thể thiếu trong hoạt động sản xuất của họ nếu được hợp tác với công nghệ bơm thích hợp, chẳng hạn như bơm màng khí nén, có thể giúp tối ưu hóa hoạt động trong nhiều lĩnh vực công nghiệp quan trọng.

---

𝐈𝐍𝐓𝐄𝐂𝐇 𝐏𝐔𝐌𝐏𝐒 𝐕𝐈𝐄𝐓𝐍𝐀𝐌 𝐉𝐒𝐂
Innovative Pump & Valve Solutions For Corrosive Applications
🌎 Website:   intechpumps.vn
✉️ Email:      info@intechpumps.vn
🏢 Address: 37 đường số 2, Kp.2, P. An Khánh, Thủ Đức, Tp HCM.
☎️ Hotline: 0981 825 003

Liên hệ ngay để nhận được sự hỗ trợ và đặt hàng các sản phẩm Bơm màng khí nén với giá tốt nhất