ĐỒ án môn học máy KHUẤY TRỘN TRONG CÔNG NGHIỆP đề tài THIẾT kế máy KHUẤY để tạo hỗn hợp của HAI CHẤT LỎNG NHỚT

1.2.2 Đồngnhấthóa Trong khuấy trộn, đồng nhất hóa là quá trình đảm bảo rằng tất cả các thành phầncủa hỗn hợp được phân bố đều trong toàn bộ dung dịch hoặc chất lỏng đangđược khuấy trộn..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ

NỘIKHOACƠ KHÍ

***

ĐỒÁNMÔNHỌC MÁYKHUẤYTRỘNTRONGCÔNGNGHIỆP

TRƯỜNGĐẠIHỌCXÂYDỰNGH

ÀNỘI BỘMÔNMÁYXÂYDỰNGKHOAC

Ơ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆTNAM ĐộcLập–TựDo–HạnhPhúc

HàNội,ngày tháng năm2023

NHIỆMVỤTHIẾTKẾ ĐỒÁNMÔNHỌCMÁYKHUẤYTRỘNTR

ONGCÔNGNGHIỆP

Ngành:Kỹthuậtcơkhí

Họvà tênsinhviên:NguyễnĐìnhSơnMSSV:

169264Lớp:64ME

I Đầuđềthiếtkế:

Thiếtkếmáy khuấyđểtạohỗnhợpcủahai chấtlỏngnhớt

2 Kháiniệmcơ bảnvềcáccơ cấukhuấytrộnthườnggặp, lĩnhvực ứngdụng

3 Tínhtoánthôngsố cơbản và lựachọnphươngánthiếtkế

VI Ngàyhoànthànhnhiệmvụthiếtkến g à y tháng năm 2023

hướngdẫn

1 Khívới khí.

2 Khívàochấtlỏng:phântán

3 Khívớichấtrắndạnghạt:hóa lỏng,vận chuyểnkhínén,sấy khô

4 Lỏngvới khí:phun vànguyên tửhóa (tán nhỏ)

p h ả i đ ư ợ c g i ữ ở dạng huyềnphù

Trộn:

- Cácgiaiđoạnbanđầuriêngbiệtđượcphânbốngẫunhiên,đưavàovàxuyênqualẫnnhau

- Chấtlỏngđượckhuấytrộn trongbể

- Đáy bểđượcbotròn

- Cánhquạt(impeller)tạoramôhìnhdòngchảy

- Bể quymônhỏ(dưới10lít) được xâydựngbằngthủytinh Pyrex

- Đốivới các bể phảnứng/lớnhơn,thép khônggỉ đượcsửdụng

- Thiếtbị giảmtốc đượcsử dụng đểkiểm soáttốc độkhuấy trộn

- Luồngtrộn:3 môhình (luồngtrục, luồngphân tán,luồng tiếpxúc)

Mụcđíchkhuấy

Quá trìnhkhuấycơhọc được sửdụngnhằmmục đích:

1 Tạo ra các hệ đồng nhất từ các thể tích lỏng và lỏng, khí, rắn có tínhchấtthành phần khác nhau: Dung dịch, nhũ tương (lỏng- khí), huyền phù(lỏng-rắn)

2 Tăngcườngquátrìnhtraođổinhiệt

3 Tăngcườngq u á tr ìn htr ao đ ổ i chất b a o g ồm quátrì nh c h u y ể n khối

v à quátrìnhhóahọc03quátrìnhnàythựchiệnvớicáchệđồngthểvàdịthểkhác nhaunhư hệLỎNG-LỎNG,LỎNG-RẮN, LỎNG-KHÍ

1.2 Cácđốitượng

1.2.1 Huyềnphù

Huyền phù (nổi lơ lửng, từ phù có nghĩa là nổi và huyền là treo hay đeo lơlửng)làmộthệgồmphaphântánlàcáchạtrắnlơlửngtrongmôitrường phântánlỏng (hỗn hợp dị thể); các hạt rắn không tan hoặc khó tan vào môi trường phântán

1.2.2 Đồngnhấthóa

Trong khuấy trộn, đồng nhất hóa là quá trình đảm bảo rằng tất cả các thành phầncủa hỗn hợp được phân bố đều trong toàn bộ dung dịch hoặc chất lỏng đangđược khuấy trộn Quá trình đồng nhất hóa trong khuấy trộn được sử dụng đểđảm bảo sự đồng nhất của sản phẩm cuối cùng, đồng thời cải thiện hiệu suất quátrình sản xuất Các kỹ thuật đồng nhất hóa trong khuấy trộn có thể bao gồm việcthay đổi tốc độ khuấy, áp lực, nhiệt độ, thời gian và các tham số khác để

đảmbảocácthànhphầncủahỗnhợpđượckhuấytrộnđềuvàđồngđều.Khithựchiện đúng cách, đồng nhất hóa trong khuấy trộn có thể đảm bảo chất lượng vàtính đồng đều của sản phẩm cuối cùng, tối ưu hóa hiệu suất sản xuất và

giảmthiểusựlãngphí

1.2.3 Tạonhũtương:

Tạo nhũ tương là quá trình tạo ra một hệ thống hai pha gồm chất lỏng và cáchạtrắnhoặckhíphântántrongchấtlỏngdướidạngcáchạtnhỏ.Nhũtươngđượctạor a t h ô n g q u a sự k ế t h ợ p g i ữ a c h ấ t l ỏ n g v à c á c c h ấ t n h ũ h ó a , c ó k h ả n ă

n g phân tán các hạt rắn hoặc khí trong chất lỏng và tạo ra một hệ thống nhũ tươngổn định - Khi tạo nhũ tươngcần chú ý tới ba vấn đề: điều kiện cần thiết để tạonhũtương,kíchthướcgiọt và bềmặt tiếpxúcpha

1.2.4 Truyềnnhiệt

Truyền nhiệt trong quá trình khuấy trộn là quá trình truyền đạt nhiệt từmôitrường xung quanh vào trong dung dịch đang được khuấy trộn Quá trìnhnày làrất quan trọng trong các quá trình công nghiệp và nghiên cứu, vì nó ảnhhưởngđếnhiệusuấtvàchấtlượngcủaquátrìnhkhuấy.Khikhuấytrộn,nănglượngcơ

học được truyền vào dung dịch, tạo ra sự chuyển động của các phân tửtrongdung dịch, làm tăng nhiệt độ của dung dịch Đồng thời, nhiệt độ xungquanhcũng ảnh hưởng đến nhiệt độ của dung dịch Quá trình truyền nhiệt cũngphụthuộc vào các yếu tố như diện tích bề mặt tiếp xúc giữa dung dịch và môitrườngxung quanh, độ nhớt củadung dịch và tốc độ khuấy Để đảmb ả o q u á

t r ì n h khuấy trộn đạt hiệu quả cao và không gây tổn hại đến chất lượng sảnphẩm, cầnthiết phải thiết kế thiết bị khuấy phù hợp với quy mô của quá trìnhsản xuất vàchọnlựađiềukiệnnhiệt độ vàtốc độ khuấy phù hợp

1.2.5 Phunhòakhí

Phun hòa khí trong khuấy trộn là một kỹ thuật được sử dụng để đưa chất khívàodung dịch trong quá trình khuấy trộn Kỹ thuật này được sử dụng để tăng cườngkhả năng hòa tan của chấtkhí trong dung dịch và đạt được sự phân tán đồng đềuhơn Trong quá trình này, chất khí đượcphun vào trong dung dịch bằng cách sửdụng các vòi phun nhỏ hoặc các đầu phun áp lực cao để

bóngkhín h ỏ C á c b o n g b ó n g n à y s ẽ đ ư ợ c k h u ấ y t r ộ n v à h ò a t a n t r o n g d u n

g d ị c h , giúptăngtốc quátrình hòa tancủachất khí

Phun hòa khí trong khuấy trộn có ứng dụng rất rộng trong các ngành sảnxuấthóa chất, thực phẩm và dược phẩm Nó được sử dụng để hòa tan các khínhưOxy, CO2, Nitơ, hoặc các hợp chất hữu cơ trong dung dịch Kỹ thuật nàycònđược sử dụng để tăng tốc quá trình trao đổi khí - chất lỏng trong các quátrìnhoxyhóa, khử trùng, khử mùi,xử lý nướcthảivànhiềuứng dụng khác

1.2.6 Tạodungdịch

Tạo dung dịch trong khuấy trộn là quá trình tạo ra một dung dịch bằng cáchphatrộn các chất hóa học với nhau trong một bình khuấy trộn Khuấy trộn đượcsửdụng để tăng tốc độ pha trộn và đảm bảo rằng các chất hóa học được phântánđềutrong dung dịch

Trong quá trình tạo dung dịch trong khuấy trộn, các chất hóa học được đưavàobình khuấy trộn cùng với một lượng nhất định của dung môi, thường lànước.Sau đó, bình khuấy trộn được bật lên để tạo ra một luồng lực xoáy, giúpcác chấthóa học phân tán đều và tan hoàn toàn trong dung môi Thời gian và tốc độkhuấy trộn được điềuchỉnh để đảm bảo rằng quá trình pha trộn diễn ra hiệu quảvànhanhchóng

Quá trình tạo dung dịch trong khuấy trộn được sử dụng trong nhiều ứngdụngkhác nhau, bao gồm trong sản xuất hóa chất, dược phẩm, thực phẩm, vàtrongcác quá trình xử lý nướcvà môi trường

1.3 Chứcnăngcủamáykhuấytrộn

1 Trộn đều:Giúptrộn đềucácthànhphần để tạothành

mộtsảnphẩmđồngnhấtvàchất lượngcao

2 Hòatan:Giúphòatancácthànhphầntrongmộtdungmôilỏngđểtạothànhmột dung dịchhoặchỗn hợp đồng nhất

3 Phatrộn:Kếthợpcácchấtđểtạoramộtsảnphẩmmớivớitínhchấtvàtính năng khácnhau

Hình1:Máykhuấytrộn 1- Hệ dẫn động; 2- Khớp nối; 3- Ổ trục; 4- Thiết bị làm kín; 5- Ống; 6- Giá đỡ;7-Cửa quansát;8-Vỏngoài;9-Thùngkhuấy;10-Trục;11-Cơcấukhuấy;

12-Cửa xả

1 Hệ dẫn động – là bộ phận giúp truyền động từ động cơ đến trục khuấy,baogồmcácbộ truyền động như bánhrăng,dây đai, vòng bi,…

2 Khớp trục – là phần giúp kết nối trục khuấy với động cơ Khớp trụccũngđóng vai trò giúp trục khuấy quay một cách ổn định, không bị rung lắchaynghiêngtrong quá trình khuấytrộn

3 Ổtrục –giúp thiếtbị khuấyquay mộtcáchổnđịnh và tránhrungđộng

4 Thiết bị làm kín – giúp tránh làm rò rỉ chất lỏng hoặc khí trong quátrìnhkhuấytrộn và tránhbụi bặm từ ngoài vào

5 Ống–nạpchấtlỏngvào bìnhkhuấytrộn

6 Giáđỡ -giúp máykhuấy trộnvững chắcvà ổnđịnh trong quátrình sử dụng

7 Cửa quan sát – cho phép người vận hành quan sát quá trình khuấy trộncũngnhưvệ sinhthùng khuấy khi cầnthiết

8 Vỏ ngoài – bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi các yếu tố bên ngoài như:bụibặm,ẩm ướt hoặcva đập

9 Thùngkhuấy– Chứachấtlỏng cầnkhuấytrộn

u k h i s ử dụng xong) Sau khi hoàn thành quá trình khuấy trộn chất lỏng nhớt sẽđượcxảratừcửaxảvàchophép người vận hànhlấymẫu

- Quá trình khuấy đó được thực hiện trong thùng khuấy Vỏ ngoài sẽ giúpbảo vệ các bộ phân bên trong khỏi các yếu tố bên ngoài như : bụi bậm;ẩmướt hoặcva đập

- Thiết bị làm kín giúp tránh làm rò rỉ chất lỏng hoặc khí trong quá

trìnhkhuấytrộn và tránhbụi bặm từ ngoài vào

- Giá đỡ giúp cho máy khuấy trộn vũng chắc và ổn định trong quá

- :10Pa.sỨngdụng:

4 Cơ cấu dạngcánh

- Thường3taytrộnđặtnghiêng

- Dòng:hướngkính-v(m/s): 3 8

- : đến khoảng 100 Pa.sỨngdụng:

-v(m/s): 2 6

- : đến khoảng 100 Pa.sỨngdụng:

- : đến khoảng 10 Pa.sỨngdụng:

- :đến khoảng 20 Pa.sỨngdụng:

- Traođổinhiệt

8 Cơcấucánhvít

- Cánhkhuấycócánhphẳngquấn dạng vít

- Dòng:hướngtrục-v(m/s):0,5 1

3.1 Cácdạngcụmdẫnđộngmáykhuấytrộn

Cụm dẫn động máy khuấy trộn quyết định đến khả năng làm việc hiệuquảhay không hiệu quả của máy khuấy trộn, nên việc bố trí cụm dẫn động phải đượclựachọncẩnthận.Hiệnnaycórất nhiềudạngcụmdẫn động,t ù y t h e o t ừ n g mục

đíchcủa bàitoánđặtramàlựachọn.C á c d ạ n g cụmkhuấy trộncũngnhưkếtcấucủa nó đều xuất phát từ nghiêncứu thựcnghiệm.

CácHình 1, 2dưới đây là các dạng cụm dẫn động thường gặp trong

3.2 Chọnsơbộcơ cấukhuấy:

Hình3:Mộtsốdạngcánhkhuấythườnggặp

P:Chânvịt;SB:Cánhnghiêng(Tuabin);SE:Dạngbản;IM:Intermix;B:4cánh;SN:Dạngvít; W: Lồng vít.

Bảng3.2:Ứngdụng mộtsốdạng cơcấukhuấy

Cơcấu

khuấy

Viếttắt

Dòngchuyểnđộngchấtlỏng

Để tạo được sự đồng nhất hóa và tạo dung dịch theoBảng 3.1thì chỉ có dạng

cơcấu khuấy là dạng vít, dạng tua bin, dạng lồng vít và dạng bảnlà làm được Tachọnsơbộ

cơcấukhuấydạng vít và tuabin 4 cánhkhuấy

a 1 – Tra Ne (NewtonZahl)ở hình 4 ứng với Re = 10 có

Bảng3 3 Kích thướcchủyếucủa thùngkhuấy

Suyra

b5–Tínhlạiđểchọnđược bộthôngsốhợplýhơnnếucầnthiết.b6– Xácđịnh thờigiantrộn.

XácđịnhthờigiantrộnthựctếTừ(7.27) tacó:

Nhưvậyphươngán Btốthơn.

3.4 Mộtvàinhậnxét

Từnộidung nghiêncứu tổngquan trên cóthểrút ramộtvài nhậnxét sau :

- Có nhiều loại máy khuấy trộn có thể thực hiện cùng một nhiệm vụ như nhau,việcchọnphươngánthiếtkếnàophụthuộcvàonhiềuyếutốcókinhnghiệmcủangười thiết kế

- Do việc tính toán máy khuấy trộn chỉ là tính toán gần đúng nên từ các

chỉdẫn của các tài liệu khác nhau có thể dẫn đến sai khác nhất định về kếtquảtính toán Để có được kết quả tốt hơn có thể thực hiện tính cho nhiềuphươngánkhácnhau

3.5 Tínhtoánxácđịnhcácthôngsốcơbảncủathùngkhuấy3.5.1.Lự

achọnhìnhdạnghìnhhọcđáybểkhuấytrộn

Tùytheo thànhphần vàyêu cầu dung dịchcầntrộnkhuấy trong thựctế

thường áp dụng 3 dạng khuấy khác nhau: đáy phẳng, đáy hình chuông và đáy báncầu Theo mụcđặc điểm chung của máy khuấy trộn dung dịch là tạo được

dungdịch đồng nhất giữa vật liệu, không xảy ra hiện tượng lắng đọng các hạt rắnnêndạng đáyphẳng không phù hợp

Hình2.1:Hìnhdánghìnhhọcđáybể khuấy trộn

Lựa chọn đáy bể khuấy trộn chỏm cầu vì đáy chỏm cầu tăng khả năngtrộnhỗn hợp vật liệu khi tạo được dòng chảy rối bên trong và không xảy ra hiệntượnglắngđọng

khuấytrộn, phần thể tích đảm bảo chất lượng dung dịch chỉ đạt 95% từ đáy lên

cầu

- Môitrườnglàmvi c ệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 cótrọnglượngriêng:ρ hp =1100(kg/m 3 );

- Ápsuấtkhílàmvi c:ρệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 k =10 5 (N/m 2 );

- Nhi tệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 độlàmvi c, ệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 trườnghợp chuẩnbịđổhỗnhợpxuống khuôn:t=(45÷50) o C;

Ápsuấtthủytinhtrongphầndướicủathânthùngtr ntheo ộ tàili u ệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 [10].

(N/m 2 ) Áp suất do chuyển đ ng quay của cơ cấu tr n tác đ ng vào chất lỏng và truyền lên ộ ộ ộ thùng:Khicơcấutr nchuyểnđ ng ộ ộ thìchịutácdụngcủaápsuấtcảncủamôitrườngtheođịnhlu t ật liệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 Newtontheo tàili u[17] ệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 thì

+C:Hệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 sốtrởlựccủamôitrường,C=0,64

Ápsuấttinhtoántrongthùngtr n ộ theotàili u[11] ệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38

(N/m 2 ) Ứngsuấtchophépgiớihạnchảy:

+σ cp :Ứngsuấtchophépcủav t ật liệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 li ulàmthùng ệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38

+ :H số ệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 bềnhàn.

+C:H sốbổ ệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 sungdoănmòn,bàomònvàdungsaivềchiềudày(m);C=C 1 +C 2 +C

3 =(1,0+1,0+0,8).10 -3 =1,8.10 -3 (m) Thaycácgiátrịvàotacó:

(m)=6,35(mm) Dophảiđảmbảotinhcôngngh chế ệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 tạo,kểđếntrọnglượngcácb ph ntácđ nglên ộ ật liệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 ộ thànhthùngtr n ộ vàdựa theocácmáy cósẵn chọn S =10 (mm).