Máy bơm dùng để bơm nước từ bể A (có áp suất khí quyển) lên bể B (có áp suất dư là 2 at). Khoảng cách mức nước ở hai bể là 25 m. Lưu lượng bơm là 10m3h. Đường ống hút có: đường kính 100 mm, chiều dài 10 m, hệ số ma sát 0,025, hệ số cục bộ 2; đường ống đẩy có: đường kính 80 mm, chiều dài 30 m, hệ số ma sát 0,028, hệ số cục bộ 5. Hiệu suất bơm là 80%. : Bể lắng trọng lực có diện tích lắng 5m x 25m với năng suất lắng là 1000m3 huyền phùh. Khối lượng riêng của: pha phân tán là 2000kgm3 và pha liên tục là 1000kgm3. Độ nhớt pha liên tục là 1cP.
Trang 1TRƯỜNG ĐHBK – ĐHQG – TP HỒ CHÍ MINH KHOA KĨ THUẬT HOÁ HỌC
Bộ môn: Quá trình và Thiết bị
BÀI TẬP LỚN
Môn: “ Các quá trình cơ học ”
Họ tên sinh viên:
MSSV:
Lớp: L03 Giảng viên:
TP HỒ CHÍ MINH
Trang 2Câu 1: Máy bơm dùng để bơm nước từ bể A (có áp suất khí quyển) lên bể B (có áp
suất dư là 2 at) Khoảng cách mức nước ở hai bể là 25 m Lưu lượng bơm là 10m3/h Đường ống hút có: đường kính 100 mm, chiều dài 10 m, hệ số ma sát 0,025, hệ số cục
bộ 2; đường ống đẩy có: đường kính 80 mm, chiều dài 30 m, hệ số ma sát 0,028, hệ số cục bộ 5 Hiệu suất bơm là 80%
a) Tính công suất bơm theo đơn vị Hp
b) Tại sao khi chế tạo bơm, đường kính ống hút được làm lớn hơn hoặc bằng
đường kính ống đẩy
Bài làm
a)
Ta có:
0
3
1
25
10 /
80%
=
=
Ta có:
2
- =z z2 − =z1 H0=25m( khoảng cách mức nước ở hai bể)
3 1 9,81.10
20
m
−
2 2
3
3600
9,18973.10
Q
−
Trang 3-
2 2 2
1
2
2 3 3
4
4.10
3600 100.10 10
Q d
H
m
−
-
2 2 2
2
2
2 3 3
4
4.10
3600 80.10 30
Q d
H
m
−
45,28
• Công suất của bơm:
( )
b)
- Mục đích là chọn vận tốc trong đoạn ống hút nhỏ hơn vận tốc trong ống đẩy để tránh hiện tượng xâm thực thủy lực trong đoạn ống hút làm rổ cánh bơm và tăng chiều cao cột áp của máy bơm Hiện tượng xâm thực là: khi áp suất tĩnh ở một vùng nào đó của dòng chảy giảm bằng hoặc nhỏ hơn áp suất hóa hơi, ở nơi áp suất bị giảm sẽ làm cho chất lỏng bị tăng nhiệt độ dẫn đến chất lỏng sôi tạo ra bọt khí Các bọt khí này sẽ di chuyển với tốc độ cao do sử dụng bơm có công suất lớn, bọt khí sẽ va đập thủy lực cục
bộ vào phốt bơm gây ra tình trạng rung lắc và gây tiếng ồn Theo định luật Bernoulli, vận tốc dòng chảy sẽ tăng nhanh dẫn tới sự giảm áp suất trong dòng chất lỏng, để khắc phục hiện tượng xâm thực ta phải giảm vận tốc dòng chảy ở đầu hút để làm tăng áp suất của dòng chất lỏng, tránh áp suất giảm tới áp suất bốc hơi của chất lỏng
Ta có:
2
onst 4
lưu lượng ở hai đầu bơm xem như không đổi, ta thấy khi tăng đường kính d, thì vận tốc v sẽ giảm xuống
Trang 4- Một mục đích nữa khi làm đầu ống hút lớn hơn hoặc bằng đầu ổng đẩy là vì để có thể tăng cột áp của bơm, từ đó làm tăng công suất của bơm:
Ta có:
2
Trong đó ta có chênh lệch động năng giữa hai đầu bơm là:
2
2
v g
Khi ta làm đầu hút to hơn đầu đẩy thì vận tốc ở đầu hút sẽ nhỏ hơn đầu đẩy, tạo ra sự
chêch lệch giữa hai đầu
2
2
ms
H
Khi ta tăng đường kính của hai đầu ống sẽ giúp làm giảm được mất mát do ma sát,
nhưng thay vào đó chi phí sẽ tăng lên, vì vậy ta xem xét để tăng kích thước đường
kính hai ống một cách thích hợp
Câu 2: Bể lắng trọng lực có diện tích lắng 5m x 25m với năng suất lắng là 1000m3
huyền phù/h Khối lượng riêng của: pha phân tán là 2000kg/m3 và pha liên tục là
1000kg/m3 Độ nhớt pha liên tục là 1cP
a) Xác định kích thước nhỏ nhất của pha phân tán có thể lắng được
b) Khi độ nhớt của pha liên tục tăng lên thì năng suất lắng của bể thay đổi thế nào
và tại sao?
Bài làm
a)
Ta có:
2 3 3 3 3
5.25 125
1000 /
2000 /
1000 /
r
kg m
kg m
=
=
=
3600.125 450
Q
S
Giả định chế độ lắng stoc: Re0,2
3 2
5 0
0
1 18.10
r
r
g
−
−
−
Trang 5Kiểm tra giả định:
5
7 0
3
1 6, 4.10 1000
10
−
−
−
→ Vậy giả định chế độ lắng stock là đúng
b)
0
18
r
−
= Khi độ nhớt của pha liên tục tăng lên thì vận tốc lắng v sẽ bị giảm xuống 0
Ta có năng suất của buồng lắng trọng lực: Q =v F0 0
trong đó v là vận tốc lắng 0
Khi vận tốc lắng giảm xuống thì năng suất buồng lắng cũng sẽ bị giảm
→ Khi độ nhớt của pha liên tục tăng thì năng suất lắng của bể lắng sẽ bị giảm xuống
Câu 3: Thiết bị lọc hoạt động ở chế độ áp suất không đổi để lọc huyền phù có thể
tích là 10 m3 trong 2 giờ Cho biết huyền phù có nồng độ khối lượng là 10%; khối lượng riêng của: pha phân tán là 2000kg/m3 và pha liên tục là 1000 kg/m3;
hệ số phương trình lọc là C = 1,8 x 10-2 m3/m2, K = 0,6 x 10-4 m2/s; bã sau lọc có
độ ẩm là 30%
a) Tính diện tích của máy lọc
b) Tính tốc độ lọc sau 1 giờ
Bài làm
a)
Ta có:
3
3 3
2 3 2
4 2
10
10% 0,1
2000 /
1000 / 1,8.10 / 0,6.10 / 30% 0,3
h
m r
C
kg m
kg m
U
−
−
=
=
=
=
=
Trang 6 = Xét quá trình lọc trong 2h: =2h
m
U
Tỉ lệ Xo:
10 1
10
7
m o
X
m C
13
120
h a
o o
V
V
X X
V
Ta có pt lọc:
0,63951
q
133.0,63951
V
q
b)
Xét quá trình lọc trong 1h: = 1h
Phương trình lọc:
0, 44711
q
→
Tốc độ lọc:
4
5 2
0,6.10
6, 45.10 /
K
−
−
−
Trang 7Câu 4:Thiết bị khuấy với cánh khuấy 4 bản có đường kính là 0,5 m quay với tốc
độ 150 vòng/phút để khuấy huyền phù có nồng độ 30 %kl Khối lượng riêng
của: pha phân tán là 2500 kg/m3 và pha liên tục là 1000 kg/m3
a) Tính công suất khuấy theo đơn vị hp
b) Nếu thiết bị khuấy có lắp tấm chặn thì công suất khuấy thay đổi thế nào và tại
sao?
Bài làm
a)
3
0,5
30% 0,3
2500 /
1000 / 4,7
m r
n
C
kg m
kg m K
=
=
=
=
Khối lượng riêng của huyền phù:
3
1219,512 /
2500 1000
h
r
kg m
−
Công suất khuấy:
1000.0,75
b)
- Khi thiết bị có lắp thêm tấm chặn thì sẽ làm cho công suất khuấy bị giảm Vì, tốc độ vòng quay khi có tấm chặn nhỏ hơn khi không có tấm chặn, vì tấm chặn
có tác dụng cản trở dòng lưu chất khi cánh khuấy quay, làm chế độ chế của lưu chất giảm Do đó chỉ số Rek cũng sẽ nhỏ theo
Ta có công thức của công suất khuấy: N =K n d n 3 5.h
→ Khi tốc độ quay giảm sẽ làm công suất khuấy bị giảm
- Việc lắp thêm vách ngăn sẽ giúp làm tăng hiệu suất của quá trình khuấy Nếu gắn máy khuấy ở giữa bể khuấy mà không gắn tấm vách ngăn thì dòng lưu
chuyển sẽ quay vòng tròn theo thành bồn khuấy (quay cùng chiều kim đồng hồ - tạo dòng lưu chuyển chất lỏng đi xuống) Khi quay cùng chiều như vậy thì sẽ
không thể thực hiện khuấy trên dưới được, sẽ xảy ra hiện tượng phân lớp, hỗn
hợp khuấy không được đồng nhất Khi ta gắn vách ngăn thì dòng lưu chuyển sẽ
Trang 8Câu 5: Thiết bị sấy tầng sôi dùng để sấy các hạt có khối lượng riêng là
1100kg/m3 (ở độ ẩm bằng 0) từ độ ẩm 40% đến 10% Tác nhân sấy là không khí nóng ở
a) Khi tính vận tốc tới hạn của dòng không khí trong thiết bị sấy, giá trị khối lượng riêng nào của các hạt (khối lượng riêng của các hạt ở độ ẩm 0%,10% hay 40%) được sử dụng và tại sao? Khối lượng riêng của khối hạt có ẩm được tính theo công thức khối lượng riêng của huyền phù
b) Tính vận tốc tới hạn của dòng không khí để đưa khối hạt vào trạng thái tầng sôi
Bài làm
Ta có:
3 3
,40%
,10%
0
3
1000 /
1100 /
0, 4 0,1 0,35
r
h
h
kg m
kg m U
U
−
=
=
=
3 ,40% 40%
1057,7 /
1000 1100
h
r
kg m
3 ,10% 10%
1089,11 /
1000 1100
h
r
kg m
3 0% 1100kg m/
a)
Nếu tăng vận tốc đến một giá trị nào đó làm cho các phần tử hạt lơ lững hoàn toàn trong không khí, vận tốc đó được gọi là vận tốc tới hạn Nếu vận tốc khí vượt qua trạng thái này thì các phần tử hạt sẽ di chuyển theo dòng không khí đi ra ngoài Vì vậy, đối với các hạt có khối lượng riêng nhỏ sẽ bị lôi cuốn lên và lơ lững trong không khí của buồng sấy trước, nếu vận tốc vượt qua vận tốc tới hạn của những hạt này thì nó sẽ
bị thổi bay ra ngoài Vì vậy, khi tính vận tốc tới hạn ta sử dụng khối lượng riêng của những hạt này
Ta sẽ chọn giá trị khối lượng riêng của hạt có độ ẩm 40% để tính vận tốc tới hạn
Trang 9b)
Giả sử có 1kg không khí → k 1
m v
Không khí nóng có T = 1000C = 3730K 0
1 373 1
k k
k k
v
=
=
=
Không khí ở 2730K(00C) có
0
0 0
0
1 273 1
1, 293
v
=
=
Phương trình trạng thái:
3
0,9464 /
k
kg m
Tra hình IV/79 sách bảng tra cứu quá trình thiết bị và cơ học truyền nhiệt-truyền khối
Chuẩn số Archimedes:
3 3 3
40%
2
2.10 1057,7 0,9464 0,9464.9,81
2, 2.10
−
−
−
−
Vì 0 0, 4
→ Chuẩn số Reynolds:
0
162166,8573
k
Ar
Ar
Trang 105 3
k
k
k
d
−
−