29 tr hướng dẫn thí nghiệm quá trình thiết bị tập 1

BÀI 1:THÍ NGHIỆM CƠ HỌC THỦY LỰCI.HÓA CHẤT, DỤNG CỤ, CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM1.Hóa chất:1.1.Phần 1 : Thí nghiệm ReynoldNước, thuốc tím.1.2.Phần 2 : Dòng chảy qua lỗ2. Dụng cụ 2.1.Phần 1: thí nghiệm Reynold Mô hình thí nghiệm Reynold 2.2.Phần 2 :Dòng chảy qua lỗ Mô hình dòng chảy qua lỗ3.Cách tiến hành thí nghiệm3.1.Phần 1 : thí nghiệm Reynold3.2.Phần 2: dòng chảy qua lỗ

BÀI 1:THÍ NGHIỆM CƠ HỌC THỦY LỰC

I. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ, CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

a) Thí nghiệm Reynold đối với ống thẳng

Thời gian đo lần 1, t1= 68 (s)

Thời gian đo lần 2, t2= 69 (s)

Thời gian đo lần 3, t3= 70 (s)

Thời gian đo trung bình, ttb= = = 69(s)

Lưu lượng dòng chảy Q= = = 4,348.10-6 (m3/s)

Vận tốc dòng chảy W = = = 0,015 (m/s)

Re = = = 317,867

Chảy quá độ

Thể tích chất lỏng(nước) V=0,5.10-3( m3)

Thời gian đo lần 1, t1= 54 (s)

Thời gian đo lần 2, t2= 54 (s)

Thời gian đo lần 3, t3= 54 (s)

Thời gian đo trung bình, ttb= = = 54(s)

Lưu lượng dòng chảy Q= = = 9,259.10-6 (m3/s)Vận tốc dòng chảy W = = = 0,033 (m/s)

Re = = = 699,308

Chảy rối

Thể tích chất lỏng(nước) V=1.10-3( m3)

Thời gian đo lần 1, t1= 26 (s)

Thời gian đo lần 2, t2= 25 (s)

Thời gian đo lần 3, t3= 25 (s)

Thời gian đo trung bình, ttb= = = 25,333 (s)Lưu lượng dòng chảy Q= = = 3,947.10-5 (m3/s)Vận tốc dòng chảy W = = = 0,139 (m/s)

Re = = = 2945,572

Lưu lượng giảm dần

Chảy tầng

Thể tích chất lỏng(nước) V=0,3.10-3( m3)

Thời gian đo lần 1, t1= 74 (s)

Thời gian đo lần 2, t2= 75 (s)

Thời gian đo lần 3, t3= 74 (s)

Thời gian đo trung bình, ttb= = = 74,333 (s)Lưu lượng dòng chảy Q= = = 4,036.10-6 (m3/s)Vận tốc dòng chảy W = = = 0,014 (m/s)

Re = = = 296,676

Chảy quá độ

Thể tích chất lỏng(nước) V=0.5.10-3( m3)

Thời gian đo lần 1, t1= 55 (s)

Thời gian đo lần 2, t2= 57 (s)

Thời gian đo lần 3, t3= 56 (s)

Thời gian đo trung bình, ttb= = =56 (s)

Lưu lượng dòng chảy Q= = = 8.929.10-6 (m3/s)Vận tốc dòng chảy W = = = 0,031 (m/s)

Re = = = 656,926

Chảy rối

Thể tích chất lỏng(nước) V=1.10-3( m3)

Thời gian đo lần 1, t1=34(s)

Thời gian đo lần 2, t2= 34 (s)

Thời gian đo lần 3, t3=35 (s)

Thời gian đo trung bình, ttb= = = 34,333 (s)Lưu lượng dòng chảy Q= = = 2,913.10-5 (m3/s)

Vận tốc dòng chảy W = = = 0,103(m/s)

Re = = = 2182,69

Nhận xét: các giá trị Reynold đo được ở thực nghiệm gồm chế độ chảytầng và chảy rối lần lượt là 317,867 và 2945,572 vớilưu lượng tăngdần), (hoặc chế độ chảy tầng và chảy rối lần lượt là 296,676 và 2182,69với lưu lượng tăng dần) thì chỉ có giá trị Reynold ở chế độ chảy tầng làthỏa mãn với giá trị Reynold đưa ra la Re < 2300 còn ở chế độ chảy rốithì giá trị Re > 10000 thi không thỏa mãn Nguyên nhân có thể là trongquá trình thí nghiệm thì thao tác điểu chỉnh dòng chảy để xác định cácchế độ chảy là chưa chính xác xảy ra sai số hoặc cũng do việc canhchỉnh thời gian để xác định chế độ dòng chảy chưa thật chính xác hoặc

1 phần khách quan nữa cũng là do thiết bị tiến hành thí nghiệm.Đồngthời khoảng cách giao động của từng chế độ khá cao lên khó để chọnmức chuẩn chính xác vv…nên dẫn đến sai số khi tính toán

b) Dòng chảy trong đường gấp khúc

Dòng chảy ở đoạn ống gấp khúc ở trạng thái chảy tầng thì dòng chảysau đoạn gấp khúc vẫn ở trạng thái chảy tầng Vì dòng chảy chế độchảy tầng với vận tốc tương đối nhỏ, lên trở lực qua đường gấp khúcnhỏ lên ảnh hường không lớn so với định hướng dòng chảy tầng (vẫnnằm trong khoảng của dòng chảy tầng)

c) Dòng chảy trong ống có đường kính khác nhau

Đoạn đầu tiên của đường ống nước ở chế độ chảy tầng khi chảy quađường ống có kích thước nhỏ hơn thì dòng chảy vẫn ở chế độ chảytầng Vì chúng ta có thể biết dòng chảy đang chảy ở ống có đường kínhlớn sang đường kình nhỏ hơn thì vận tốc dòng chảy tăng đồng thời trởlực qua đường gấp khúc cũng tăng cho lên vận tốc của dòng chảykhông tăng đáng kể (vẫn nằm trong khoảng của chế độ giao động chảytầng)

Lưu lượng dòng chảy: Q = = = (m3/s)

Diện tích lỗ: S = π = 3,848.10-5 (m2)

Vận tốc dòng chảy qua lỗ theo thực nghiệm:

W = = = 2,529 (m/s)Vận tốc theo lí thuyết:

b).Sự chảy qua lỗ khi chất lỏng thay đổi

Các số liệu ban đầu ta thu được là:

c) Tính chiều xa của dòng nước

Chiều cao thực tế của ngon nước là: 41,6 cm

Chiều xa thực tế của ngọn nước là: 74,5 cm

Tính toán lí thuyết:

22 26,2

Thay y= 41,6 vào phương trình y= 0,4711x- 2,7771

ta được chiều xa của ngọn nước tinh theo lí thuyết là 94,2(cm)

Nhận xét: so sánh với kết quả thực tế thì kết quả lí thuyết là (94,2cm)không lớn hơn nhiều so với kết quả thực tế (74,5 cm) nên trong nhiềutrường hợp ta có thể áp dụng phương pháp này để tính chiều xa trongthực tế mà sai số thi không đáng kể

III TRẢ LỜI CÂU HỎI :

 Mực chất lỏng thay đổi ảnh hưởng đến thí nghiệm Reynold là

- Khi vận tốc nhỏ dòng mực chuyển động như một sợi chỉ xuyên suốt trong ống vì chất lỏng chuyển động từng lớp song song thì được gọi là chế độ chảy tầng

- Khi tăng vận tốc đến giới hạn nào đó,các lớp chất lỏng bắt đầu có hiện tượng gợn sóng do đó dòng mực cũng bị dao động tương ứng và chế độ này gọi là chảy quá độ

- Tiếp tục tăng vận tốc lưu chất thì các lớp chất lỏng chuyển động theo mọi phương

do đó dòng mực bị hòa trộn hoàn toàn trong lưu chất Trường hợp này goi là chế

độ chảy rối

 Các sai số có thể mắc phải trong thí nghiệm Reynolds :

- Sai số về thời gian

- Sai số vì việc quan sát độ cao của mực chất lỏng

 Các sai số có thể mắc phải trong thí nghiện dòng chảy qua lỗ :

- Sai số khi đo các thông số liên quan như mực cao chất lỏng H, H1, đường kính lỗ

d, thời gian T, thể tích V

- Sai số dụng cụ

- Sai số tính toán do làm tròn

Cân chính xác trên cân phân tích 1 mẫu chè khoảng 2 gam cho vào túi giấy trên

và dùng chỉ buộc lại

3.2 Chuẩn bị mẫu trong thiết bị chưng cất

Đặt bình cầu lên bếp đun, nước chứa ½ bình

Lắp bình chiết khớp với miệng bình đun

Đặt bao giấy vào đáy bình chiết

Lắp ống sinh hàn vào bình chiết

Lắp hệ thống nước làm mát cho ống sinh hàn

Cho nước chảy vào, kiểm tra hoạt động ống sinh hàn

3.3 Tiến hành chiết.

Sau khi lắp hệ thống bật nguồn điện và đun sôi tiến hành chiết liên tục cho đếnkhi màu của nước nhạt dần và đến trong thì kết thúc quá trình trích ly

II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

• Lượng mẫu trước trích ly: m1=2.49(g)

• Lượng mẫu sau trích ly: m2=1.672(g)

III KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Lượng mẫu trước trích ly: m1=2.49 (g)

Lượng mẫu sau trích ly: m2= 1.672 (g)

Lượng cấu tử cần tách: G = m1 – m2 = 2.490‒1.672=0.818 (g)

Tỷ lệ cấu tử cần tách:

G2=

VI TRẢ LỜI CÂU HỎI.

 Cơ chế của quá trình trích ly rắn-lỏng:

Trích ly là phương pháp dùng một dung môi (đơn hay hỗn hợp) để tách lấy một chất hay một nhóm các chất từ hỗn hợp cần nghiên cứu

Cơ chế

-Dung môi thâm nhập vào mao quản của chất rắn

-Hòa tan hoặc phản ứng hóa học với các cấu tử cấn tách

-Chất hòa tan và dung môi sẽ khuếch tán từ vật rắn vào dung dịch

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly rắn-lỏng:

- Hình dạng,kích thước,thành phần hóa học chất rắn,cấu trúc bên trong của chất rắn như kích thước,hình dạng,cách sắp xếp của mao quản,…và độ tan của dung môi.

- Các cấu tử hòa tan không hoàn toàn

- Chất rắn còn tồn tại một số tạp chất cơ học

- Nhiệt độ, áp suất,…

BÀI 3: CHƯNG LUYỆN

I HÓA CHẤT, DỤNG CỤ, CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Bật công tắc nguồn của hệ thống

Chạy hệ thống gia nhiệt đáy tháp

Mở van cho nước vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu

Khi nhiệt độ đầu ở đáy tháp đạt trên 1000C dung dịch ở trong bình cầu bắt đầu sôi

Đợi cho sản phẩm đỉnh xuất hiện (khoảng 800C) thì ta mở van hồi lưu sản phẩmđỉnh ( độ mở van khoảng 50%) bắt đầu tính thời gian chưng cất

Khi các thong số ổn định thì tiến hành đo sản phẩm đỉnh, lượng nguyên liệu đầu, nhiệt độ sản phẩm đáy, nhiệt độ đỉnh, đáy , đĩa tiếp liệu và nhiệt độ đầu vào, chiều cao mực chất lỏng trong ống thủy tinh lúc bắt đầu và kết thúc

II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

(0C)

Nhiệtđộhỗnhợpđầuvàotháp

tF

(0C)

Nhiệt

độ sản phẩmđỉnh hồi lưu

tp

(0C)

Nồngđộsảnphẩmđỉnh

Xp

(phầnmol)

Nồng

độ sản phẩmđáy

Xw

(phầ

n mol)

Nồng độnhập liệu

XF

(phần mol)

Chiề

u caomựcchấtlỏnglúcđầu

hF

(m)

Chiềucao mực chất lỏng lúc sau

hw

(m)

Lượngsảnphẩmđỉnh

Nồng

độ sản phẩm đỉnh xD

(%V)

Nồng

đô sản phẩm đáy xw

(%V)

Thời gian chưng cất t (phút)

Chiều cao cột sản phẩm đáy H2

Nhiệt

độ đáy tháp tW

(0C)

Nhiệt

độ đỉnhtháp tD

y== =0.945x+0,0021

III TRẢ LỜI CÂU HỎI.

 Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình chưng cất

-Nếu nhiệt độ chưng cất quá thấp thì không đủ nhiệt độ để bay hơi dẫn đến hiệusuất thấp

-Còn nếu nhiệt độ quá cao thì cả lương dung môi và chất tan sẽ bay hơi hoàn toàn,vậy có nghĩa là ta chỉ làm thay đổi vị trí của dung dịch từ nơi này đến nơi khác chứ không làm thay đổi nồng độ của nó ở sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy.Tóm lại mục đích của quá trình chưng cất đã không được thực hiện

 Phần chưng và phần cất được xác định như sau

Trên thực tế (chỉ có thể xác địng một cách tương đối)

-Phần cất chính là phần sản phẩm ta thực hiện ngưng tụ và thu ở đỉnh tháp

-Phần chưng là phần sản phẩm ta thu ở đáy tháp

Trên sơ đồ

-Ta có thể phân định rõ ràng phần chưng và phần cất thông qua phương trình

đường nồng độ làm việc của đoạn chưng và đoạn luyện

 Áp suất làm việc của hệ thống là bao nhiêu và tại sao biết ?

- Áp suất làm việc của hệ thống là 760mmHg và tương đương 1atm(áp suất khí quyển).Vì ở đây nhiệt độ bay hơi của cả dung môi và chất tan đều không quá cao( 1000C) nên không cần giảm áp suất để làm giảm nhiệt độ sôi của chất tan

và dung môi

Bài 5 : BƠM LY TÂM I/ HÓA CHẤT, DỤNG CỤ, CÁCH TIẾN HÀNH:

+ Chế độ DIRECT: Chờ hệ thống hoạt động ổn định sau khi bật công tắc

bơm sang vị trí DIRECT, điều chỉnh từ từ van chỉnh của hệ thống để thay đổi trở

lực của hệ Ở mỗi vị trí mới, ghi nhận các thông số cần thiết (lưu lượng Q, trở lực

P, công suất tiêu thụ tổng cộng N) hiển thị trên mặt tủ điện vào Bảng 1 của Phụ lục 2.

+ Chế độ thông qua INVERTER: Chờ hệ thống hoạt động ổn định sau khi

bật công tắc bơm sang vị trí INTERVER, mở hoàn toàn van điều chỉnh (vặn ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ trên xuống) Ấn nút UP (tăng – màu vàng bên trái) hoặc DOWN (giảm – màu vàng bên phải) ở phía dưới đồng hồ RETURN

để điều chỉnh tốc độ quay của bơm Ở mỗi vị trí tương ứng với lưu lượng thu nhậnđược trong chế độ trước, ghi nhận các thông số cần thiết (trở lực P, công suất tiêu

thụ tổng hợp N, số vòng quay n) hiển thị trên mặt tủ điện vào Bảng 1 của Phụ lục 2.

II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

Chế độ DIRECT

Q

(lpm)

P (bar)

N (KW)

n (rpm)

U (V)

I

n (rpm)

N (W)

So sánh tiêu hao năng lượngQ×6.102(m3/s) NDIR(kW) NINV(kW) η(%)

lưu lương bơm (m3/s)

hiệu suất bơm

cột áp làm việc ( ) là tổng của độ chênh cao trình bên đẩy và bên hút và cột áp tổn thất qua dẩn truyền trong đường ống tính bằng mét Công suất thường dùng (103 W, kW) hoặc mã lực(hp = kW*0.736)

IV TRẢ LỜI CÂU HỎI.

1.Các thông số cơ bản về bơm ly tâm.

A.Lưu lượng Q: Lưu lượng là thể tích khối chất lỏng được máy bơm bơm lên

trong một đơn vị thời gian Q ( l/s, m3/s, m3/ h ) Thể tích có thể là m3 hoặc lit, cònthời gian có thể tính là giây -thường đối với máy bơm lớn, hoặc giờ – thường dùngđối đối với máy bơm nhỏ hoặc thường dùng lưu lượng cho toàn trạm

B Cột áp H: Cột áp là công việc được thực hiện trong một đơn vị trọng lượng

nước đi qua phía bên hút nước đế bên thoát nước H tính bằng foot, m psig, kg/cm²,

…

C Công suất N: Trên nhãn hiệu máy bơm thường ghi công suất trục máy bơm Đó

là công suất động cơ truyền cho trục của máy bơm N tính bằng Kw, Hp…

D Nhiệt độ T: Nhiệt độ của chất lỏng hút và môi trường xung quanh T tính bằng

°C, °F

E Môi trường chất lỏng: Môi trường chất lỏng quan hệ với trọng lượng riêng

(SG), độ nhớt, MOC và kiểu bơm

2 Các chi tiết cơ bản của bơm ly tâm

Đầu hút, đầu đẩy, cánh guồng, trục quay, ổ bi, vỏ

3.Nguyên lý làm việc của bơm ly tâm

• Chất lỏng được hút vào tâm guồng theo phương thẳng góc, rồi vào rảnh giữa các guồng và chuyển động cùng guồng

• Dưới tác dụng của lực ly tâm, chất lỏng được nhận thêm năng lượng , tăng năng suất và văng ra khỏi guồng theo thân bơm (phần rỗng giữa vỏ và cánh guồng) rồi vào ống đẩy theo phương tiếp tuyến

• Khi đó ở tâm guồng sẽ tạo nên vùng áp suất thấp và chât lỏng theo đường hút sẽ vào tâm guồng

4.Ưu nhược điểm của bơm ly tâm

a. Ưu điểm

- Tạo được lưu lượng đều, đáp ứng yêu cầu kĩ thuật

- Số vòng quay lớn, có thể truyền động trực tiếp cho động cơđiện

- Cấu tạo đơn giản, gọn, chiếm ít diện tích xây dựng mà khôngcần kết cấu nền móng vững chắc, giá thành chế tạo, lắp đặt vàvận hành thấp.

- Có thể dùng bơm chất lỏng bẩn (khe hở giữa cánh guồng vàthân bơm tương đối lớn và không có van – bộ phận dễ hư hỏng

và tắt do bẩn gây ra)

- Có năng suất lớn và áp suất tương đối nhỏ nên phù hợp với phầnlớn các quá trình

b. Nhược điểm

- Hiệu suất thấp hơn bơm pittong từ 10 đến 15%

- Khả năng tự hút kém nên trước khi bơm phải mồi đầy chất lỏngcho bơm hay ống hút khi bơm đặt cao hơn bể chứa

- Khi tăng áp suất thì năng suất giảm mạnh so với thiết kế nênhiệu suất giảm

5.Hiện tượng xâm thực, cách nhận biết, tác hại và cách khắc phục trong bơm

ly tâm

a. Hiện tượng xâm thực

- Các máy thủy lực với các chất lỏng như nước, dầu nên các tínhchất lý hóa, chất lỏng có ảnh hưởng nhất định đến các thông sốlàm việc của máy Một trong những ảnh hưởng quan trọng làviệc bốc hơi của chật lỏng gây nên hiện tượng xâm thực

b. Dấu hiệu nhận biết.

- Khi xảy ra hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm thường có tiếng ồn và tiếng kêulách tách ở phía trong, gây ra rung động bơm

- Khi xảy ra hiện tượng xâm thực dữ dội sẽ làm giảm cột áp và hiệu suất của bơm

Để phòng ngừa sự sụt cột áp do hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm gây ra thìbơm cần có một lượng dự trữ cột áp Dh

c. Tác hại: giảm lưu lượng, giảm cột áp công suất và hiệu suất, hư hỏng động cơ.

d. Cách phòng tránh.

- Thứ nhất: Tăng áp suất chất lỏng cửa vào máy bơm, dẫn tới tăng NPSHa (khả

năng hút trạm) - là khả năng hút của hệ thống máy bơm và ống hút, được xác địnhtrong quá trình thiết kế, xây dựng trạm bơm hay qua thử nghiệm đường ống thực

tế Ví dụ: Nếu bơm hút chất lỏng từ một bình chứa kín có áp, ta có thể tăng lượngchất lỏng trong bình hoặc tăng áp suất trên bề mặt chất lỏng

- Thứ hai: Để tránh hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm tạo ra, chúng ta cũng có

thể tăng NPSHa bằng cách giảm nhiệt độ làm việc của chất lỏng Khi nhiệt độ làmviệc giảm, áp suất bốc hơi chất lỏng giảm dẫn tới độ chênh lệch giữa áp suất bốchơi và áp suất cửa vào tăng tức là NPSHa tăng

- Thứ ba: Giảm tổn thất trên đường ống hút cũng làm cho NPSHa tăng lên Có

nhiều cách giảm tổn thất đường ống: tăng đườg kính ống hút, giảm số lượng cút,giảm chiều dài ống hút

- Để nâng cao chất lượng chống xâm thực nhằm nâng cao chiều cao hút của bơm cầnphải thực hiện các yêu cầu sau: Các mép cánh dẫn ở lối vào phải vê tròn và dát

mỏng, phần lối dẫn vào bánh công tác phải được làm nhẵn bóng và có hình dạngthích hợp.

- Hơn thế nữa để tránh tình hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm phải tính toán lựachọn máy bơm cho phù hợp với lượng nước yêu cầu cần thoát của mỏ Khi chiềucao hình học thoát nước nhỏ thì không nên chọn máy bơm có cột áp quá lớn Khivận hành máy bơm thoát nước mỏ phải hết sức chú ý đến sự thay đổi mực nướctrong bể hút Nếu cần thiết có thể đặt các rơle mực nước để điều khiển sự làm việccủa máy bơm

6.Các giả thuyết phương trình Euler.

- Số cánh hướng dòng trong bánh guồng là vô tận và có chiều dày không đáng kể

- Lưu chất chuyển động trong bánh guồng không bị tổn thất, không có ma sát vàkhông bị nén

- Sự chuyển động của lưu chất trong bơm: chuyển động dọc theo rãnh từ tâm rangoài bánh guồng theo phương bán kính và quay cùng guồng cánh

- Năng lượng của cánh guồng truyền cho lưu chất khi chuyển động từ cửa vào đếncửa ra bằng năng lượng momen xung lực

7.Phương trình Euler

HLT = =