Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cảnh khuấy mái chèo không có tấm chặn .... Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công s
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHI MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Trang 2MỤC LỤC
1.GIỚI THIỆU
2.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
3.CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Khuấy chất lỏng
3.2 Mục đích của khuấy
3.3 Hệ thống thiêt bị khuấy
3.4 Các dạng cơ cấu khuấy
3.5 Công suất khuấy (N)
4.MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
4.1 Sơ đồ hệ thống
4.2 Trang thiết bị, hóa chất
5.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
5.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cảnh khuấy mái chèo (không có tấm chặn) .
5.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuây đối với loại cánh khuấy mái chèo (có tấm chặn) .
5.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân vịt (không có tấm chặn) .
5.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân vịt (có tấm chặn) .
6.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
6.1 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy mái chèo
6.2 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân vịt
7.XỬ LÝ SỐ LIỆU
7.1 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy mái chèo.
7.2 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân vịt.
Trang 32
Trang 48 NHẬN XÉT 21
TÀI LIỆU THAM KHẢO 22
Trang 5KHUẤY CHẤT LỎNG
1 GIỚI THIỆU
Quá trình khuấy chất lỏng được ứng nhiều trong các quá trình công nghệ hóachất, thực phẩm và môi trường Khuấy trộn làm tăng tốc độ truyền nhiệt, truyềnkhối, tang tốc độ phản ứng, tạo hệ đồng nhất…
Quá trình khuấy thường được thực hiện trong các ống có dòng chất lỏng chảyqua, trong các bơm vận chuyển, trên đĩa các tháp tinh luyện v.v… cũng như trongcác thiết bị khuấy hoạt động nhờ năng lượng cơ học hoặc nhờ năng lượng của dòngkhí nén Trong khuôn khổ thí nghiệm này ta nghiên cứu về quá trình khuấy cơ học
3.2 Mục đích của khuấy
Quá trình khuấy cơ học được sử dụng nhằm mục đích:
Tạo các hệ đồng nhất từ các thể tích lỏng và lỏng khí rắn có tính chất, thành phầnkhác nhau: dung dịch, nhũ tương, huyền phù, hệ bọt v.v…
Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt
Tăng cường quá trình trao đổi chất như quá trình truyền khối và quá trình hóa học
3.3 Hệ thống thiêt bị khuấy
Thiết bị khuấy gồm có các bộ phận chủ yếu sau: thùng khuấy 7 hình trụ với đáytròn (hoặc elip, nón); phía trên đậy nắp 14 ghép với than bằng bích 6 Theo đườngtâm của thùng lắp trục khuấy 10 với cánh khuấy 11 Trục khuấy xuyên qua nắp vàđược bịt kín bởi hợp đệm 4 Truyền chuyển đọng cho trục khuấy từ động cơ 1 quahợp giảm tốc 2 để tạo tốc độ thích hợp cho cánh khuấy Tháo và lắp trục khuấythông qua khớp nối 3 Thùng khuấy được gắn tay đỡ 8 nhờ bulong lắp vào chân đỡ
9 Thực hiện nhập liệu qua các cửa 13 trên nắp thiết bị, còn tháo sản phẩm qua
4
Trang 6đường 12 dưới đáy Trên nắp và than thiết bị có khi ta bố trí cửa sửa chữa và cửaquan sát.
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý thiết bị
khuấy 3.4 Các dạng cơ cấu khuấy
Cơ cấu khuấy thường được chia thàng cơ cấu khuấy chậm và quay nhanh Ngoài racòn có thể phân chia thành 2 loại cơ cấu khuấy: hướng kính và hướng trục
Cơ cấu khuấy nhanh gồm cơ cấu khuấy tuabin, cơ cấu khuấy chân vịt,… Cơ cấukhuấy tuabin kín và cơ cấu khuấy tuabin hở với cánh thẳng hoặc cánh cong đều tạodòng hưởng kính Cơ cấu khuấy vịt tải có ổng hướng và cơ cấu khuấy chân vịt cóthể duy trì được dòng hướng trục
Cơ cấu quay nhanh thường làm việc trong thiết bị có tấm chặn, tấm chặn sẽ tạo
ra sự chảy xoáy chất lỏng trong thiết bị và không cho hình thành phiễu
Loại quay chậm gồm các cơ cấu khuấy loại bản, loại tấm, loại mỏ neo và loạikhung Chúng chủ yếu tạo ra dòng vòng (dòng chảy tiếp tuyến), có nghĩa là chấtlỏng quay quanh trục thiết bị
Ngoài ra, còn có các loại cơ cấu khác như cơ cấu khuấy chân động, cơ cấukhuấy cào,
3.5 Công suất khuấy (N)
3.5.1 Đặc điểm
Trang 7Công suất khuấy N phụ thuộc vào chế độ, đặc tuyến dòng trong hệ thống và vàokích thước hình học của thiết bị Các chế độ chuyển động của lưu chất là dạng màng, dạng rối và dạng chuyển tiếp.
Các thông số ảnh hưởng đến công suất khuấy là: những kích thước quan trọngcủa thùng chứa và cánh khuấy (dk); độ nhớt (µ, v) và khối lượng riêng (p) của chấtlỏng; tốc độ cánh khuấy n và hằng số gia tốc trọng trường g
Bảng 3.1 Thông số A và m của cánh khuấy
Công suất động cơ cho biết năng lượng tiêu hao thực tế cho quá trình
khuấy và được xác định theo công thức:
= cos , ( )
Với: U: hiệu điện thế (V)
I: Cường độ dòng điện (A)
6
Trang 8cos φ: hệ số công suất của dòng điện
3.5.2 Các chỉ tiêu cơ bản để giá quá trình khuấy
Mức độ khuấy: là sự phân bố tương hỗ của hai hoặc nhiều chất sau khi khuấy
cả hệ
Cường độ khuấy trộn: ta thường dung môt trong các đại lượng sau đây để biểu thị cường độ khuấy trộn:
+Số vòng quay n của cánh khuấy
+Vận tốc vòng v của đầu cánh khuấy
+Công suất khuấy trộn riêng
+Chuẩn số Reynolds đặc chưng cho quá trình khuấy.
ℜM =
Trong đó: n: số vòng quay (vòng/s)
d: đường kính cánh khuấy (m)v: độ nhớt động học (m²/s)
4. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
4.1 Sơ đồ hệ thống
Hệ thống thiết bị khuấy chất lỏng được thể hiện trong hình dưới đây:
Hình 4.1 Mô hình thiêt bị khuấy
Trang 9Thùng khuây co đường kính D = 41 cm, cao H = 56 cm, cả hai cánh khuấy mái chèo chân vịt đều có đường kính d = 29 cm
4.2 Trang thiết bị, hóa chất
Chuẩn bị nước sạch đến 2/3 thùng khuấy
Kiểm tra đứng loại cánh khuấy khảo sát và tấm chặn;
Chỉnh nút điều khiển tốc độ về ví trị 0 (zero)
Các lưu ý
Thay chất lỏng khảo sát khi thấy bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi hôi;
Đảm bảo mức chất lỏng trong thùng khuấy ở mức 2/3 chiều cao thùng, không được cho chất lỏng vào quá đầy;
Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra đã lắp đặt đúng loại cánh khuấy và tháo tấm chặn hay chưa;
Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0
Báo cáo
Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ℜM và chuẩn số công suất khuấy
Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ℜM và hiệu suất khuấy
Nhận xét về kết quá thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn…
5.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuây đối với loại cánh khuấy mái chèo (có tấm chặn)
Chuẩn bị (Tương tự thí nghiệm 1)
Trang 10Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0.
Báo cáo
Xây dựng đồ thị hệ giữa chuẩn số ℜM và chuẩn số công suất khuấy
Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ℜM và hiệu suất khuấy
Nhận xét về kết quả thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn…
So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại máychèo không có tậm chặn
5.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân vịt (không có tấm chặn)
Chuẩn bị (Tương tự thí nghiệm 1)
Các lưu ý
Thay chất lỏng khảo sát khi thấy bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi hôi;
Đảm bảo mức chất lỏng trong thùng khuấy ở mức 2/3 chiều cao thùng, không được cho chất lỏng vào quá đầy;
Trước khi tiến hành thì nghiệm cần kiểm tra đã lắp đặt đúng loại cánh khuấy và thao1 tấm chặn hay chưa;
Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0
Báo cáo
Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ℜM và chuẩn số công suất khuấy
Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ℜM và hiệu suất khuấy
Nhận xét về kết quả thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn…
So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại máychèo không có tậm chặn
5.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân vịt (có tấm chặn)
Chuẩn bị (Tương tự thí nghiệm 1)
Trang 11Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0.
Báo cáo
Xây dựng đồ thị hệ giữa chuẩn số ℜM và chuẩn số công suất khuấy
Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ℜM và hiệu suất khuấy
Nhận xét về kết quả thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn…
So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại máychèo không có tậm chặn
+ Khảo sát cánh khuấy loại máy chèo có tấm chặn+ Kháo sát cánh khuấy loại chân vịt không có tấm chặn
Trang 1210
Trang 13Bảng 6.2 Bảng số liệu ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy không tấm
chặn
Loại
Không tấmchặn
6.2 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân vịt
Bảng 6.3 Bảng số liệu ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy có tấm chặn
Loại
Trang 14Có tấmchặn
Bảng 6.4 Bảng số liệu ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy không tấm
chặn
Loại
Không tấmchặn
Trang 157. XỬ LÝ SỐ LIỆU
7.1 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy mái chèo.
Bảng 7.1 Bảng số liệu thông số ảnh hưởng đến công suất khuấy
Bảng 7.2 Các thông số tra ở nhiệt độ 25°C ở bảng tra cứu quá trình thiết bị, truyền
nhiệt, truyền khối
p (kg/m3)
Tính dòng 10 có tấm chắn của loại cánh khuấy mái chèo
- Chuẩn số Reynold đặc trưng cho quá trình sấy:
Trang 16- Công suất động cơ:
Trang 177.1.1 Xây dựng đồ thị có tấm chặn giữa chuẩn số ℜM và chuẩn số
công suất khuấy.
Trang 18Hình 7.1 Đồ thị có tấm chặn giữa chuẩn số ℜM và KN
7.1.2 Xây dựng đồ thị có tấm chặn giữa chuẩn số ℜM và hiệu suất
khuấy.
15
Trang 1918 16 14 12
10 8 6 4 2 0
Hình 7.2 Đồ thị có tấm chặn giữa chuẩn số
7.1.3 Xây dựng đồ thị không tấm chặn giữa chuẩn số ℜM và chuẩn số
Hình 7.3 Đồ thị không tấm chặn giữa chuẩn số ℜM và KN
7.1.4 Xây dựng đồ thị không tấm chặn giữa chuẩn số ℜM và hiệu suất
khuấy.
16
Trang 20Hình 7.4 Đồ thị không tấm chặn giữa chuẩn số
7.2 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại
Bảng 7.5 Bảng số liệu thông số ảnh hưởng đến công suất khuấy
Bảng 7.6 Các thông số tra ở nhiệt độ 25°C ở bảng tra cứu quá trình
thiết bị, truyền nhiệt, truyền khối
p (kg/m3)
Tính dòng 10 có tấm chắn của loại cánh khuấy chân vịt
- Chuẩn số Reynold đặc trưng cho quá trình sấy:
ℜM=
- Chuẩn số công suất khuấy:
Trang 2218
Trang 2419
Trang 257.2.3 Xây dựng đồ thị không tấm chặn giữa chuẩn số ℜM và chuẩn số
công suất khuấy.
20
Trang 27số Re ngày càng tăng theo tốc độ vòng quay, công suất khuấy cũng tăng theo riêngchuẩn số công suất khuấy ngày càng giảm.
Thí nghiệm 2: Khi ta tăng tốc độ quay thì cường độ dòng điện tăng theo, hiệu điệnthế thay đổi khác nhau lúc thì tăng, lúc thì giảm trong khoảng 396-397, chuẩn số Rengày càng tăng theo tốc độ vòng quay, công suất khuấy cũng tăng theo riêng chuẩn
số công suất khuấy ngày càng giảm
Thí nghiệm 3: Khi ta tăng tốc độ quay thì cường độ dòng điện tăng theo, hiệu điệnthế thay đổi khác nhau lúc thì tăng, lúc thì giảm trong khoảng 396-397-398, chuẩn
số Re ngày càng tăng theo tốc độ vòng quay, công suất khuấy cũng tăng theo riêngchuẩn số công suất khuấy ngày càng giảm Hiệu suất khuấy ngày càng tăng theochuẩn số Re
Thí nghiệm 4: Khi ta tăng tốc độ quay thì cường độ dòng điện tăng theo, hiệu điệnthế thay đổi khác nhau lúc thì tăng, lúc thì giảm trong khoảng 396-397-398-399,chuẩn số Re ngày càng tăng theo tốc độ vòng quay, công suất khuấy cũng tăng theoriêng chuẩn số công suất khuấy ngày càng giảm Hiệu suất khuấy ngày càng tăngtheo chuẩn số Re
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tài liệu hướng dẫn thực hành các quá trình & thiết bị trong công nghệ hóa học, Khoa công nghệ hóa học Trường đại học công nghiệp TP.HCM, 2017
[2] Tập thể tác giả, Sổ tay quá trình & thiết bị trong công nghệ hóa chất, tập 1 & 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2012
22
