Báo cáo Thí nghiệm môn Quá trình thiết bị - Khuấy chất lỏng
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
MỤC LỤC
TRÍCH YẾU.......................................................................................................2
1. Mục đích ..............................................................................................................2
2. Phương pháp thí nghiệm ......................................................................................2
3. Kết quả thí nghiệm...............................................................................................2
II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM............................................................................3
1. Khái niệm.............................................................................................................3
2. Xác định công suất khuấy P.................................................................................3
3. Giản đồ công suất và các chuẩn số đặc trưng ......................................................4
4. Nguyên tắc khuếch đại đồng dạng.......................................................................6
5. Tiên đoán công suất cho hệ thống thực................................................................6
1. Thiết bị thí nghiệm...............................................................................................6
2. Phương pháp thí nghiệm ......................................................................................7
3. Nội dung thí nghiệm ............................................................................................7
IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM.................................................................................8
V. BÀN LUẬN.......................................................................................................12
VI. PHỤ LỤC..........................................................................................................16
VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................17
1
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
I.
1. Mục đích
Khảo sát giản đồ chuẩn số công suất khuấy Np với nhiều hệ thống có hình dạng khác nhau.
2. Phương pháp thí nghiệm
TRÍCH YẾU
-
-
-
-
-
-
Đo lực ma sát F bằng cách đọc chỉ số trên lực kế sau mỗi giá trị vận tốc khuấy N.
Tính công suất cánh khuấy.
Tính chuẩn số Reynold.
Tính chuẩn số công suất .
Vẽ giản đồ thể hiện quan hệ giữa Re & NP – gọi là giản đồ chuẩn số công suất (khi đã bỏ
qua ảnh hưởng của chuẩn số Froude) cho 2 hệ thống đồng dạng là bình dầu & bình nhớt.
3. Kết quả thí nghiệm
Bảng 1: Số liệu thô của thí nghiệm
Lưu chất
Cánh khuấy
N (vòng/phút)
200
F (lbf)
0,04
0,05
0,08
0,11
0,15
0,04
0,06
0,08
0,11
0,12
0,03
0,04
0,06
0,08
0,08
0,02
0,04
0,05
0,07
0,08
0,03
0,04
400
CT2 (không chặn)
600
800
1000
200
400
CT2 (có chặn)
600
800
1000
200
NHỚT
400
CT3 (không chặn)
600
800
1000
200
400
CT3 (có chặn)
600
800
1000
200
CP2 (không chặn)
400
2
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
600
800
1000
200
400
600
800
1000
50
0,06
0,07
0,08
0,02
0,04
0,05
0,06
0,06
0,04
0,05
0,06
0,08
0,10
0,04
0,06
0,10
0,12
0,18
CP2 (có chặn)
400
700
900
1100
50
CP2 (không chặn)
DẦU
400
700
900
1100
CP2 (có chặn)
II.
LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM
1. Khái niệm
-
Khuấy là quá trình làm giảm sự không đồng nhất trong chất lỏng. Đó là sự chênh lệch về
nồng độ, độ nhớt, nhiệt độ,… ở những vị trí khác nhau trong lòng chất lỏng
2. Xác định công suất khuấy P
-
Công suất khuấy P phụ thuộc nhiều yếu tố được biễu như sau:
P f (N,d, , , D, H, Z, các kích thước khác)
(1)
-
Bằng phương pháp phân tích thứ nguyên, người ta thiết lập các phương trình chuẩn số tính
công suất khuấy dưới dạng:
P NP N3d5
(2)
-
Trong đó Np là chuẩn số công suất, nó phụ thuộc vào chế độ thủy động lực học của thiết bị:
NP f (Re, Fr,Ga,...)
(3)
Với:
P
•
NP
: Chuẩn số công suất, vô thứ nguyên.
N3d5
3
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
d2 N
•
•
Re
Fr
: Chuẩn số Reynolds của cánh khuấy, tỷ số giữa lực ly tâm & lực ma sát
N2d
g
: Chuẩn số Froude, tỷ số giữa lực ly tâm & lực trọng trường, đặc trưng cho sự
hình thành xoáy phễu.
d Z H
•
,
,
, S1, S2 ,... là các thừa số hình dạng của hệ thống.
D D D
t
t
t
Trong đó :
P
N
d
: Công suất khuấy (W).
: Vận tốc cánh khuấy (1/s).
: Đường kính cánh khuấy (m)
: Khối lượng riêng của chất lỏng khuấy (kg/m3).
: Độ nhớt động lực học chất lỏng khuấy (N/s.m).
-
Như vậy vấn đề ước đoán công suất khuấy rất phức tạp vì cần biết rõ cả ảnh hưởng của hình
dáng hệ thống.
3. Giản đồ công suất và các chuẩn số đặc trưng
-
Trên thực tế, người ta chỉ đo được ảnh hưởng của chuẩn số Reynolds và Froude trên chuẩn
số công suất sau khi đã xác định các thừa số hình dạng.
a. Chuẩn số công suất:
Ta có thể viết:
-
P Ff v J Av
A : d2
v : dN
Trong đó : Ff : Lực ma sát.
v
: vận tốc lưu chất.
J
: Hệ số ma sát.
A
d
: Diện tích cánh khuấy vuông góc với phương chuyển động của dòng.
: Đại lượng chiều dài.
P
Jd3N
J
J
-
-
Vậy
P
~
~
~
(4)
0
d5 N3 d5 N3 d2 N2 v2
Ta thấy chuẩn số công suất có ý nghĩa của một thùa số ma sát.
b. Chuẩn số Reynolds cánh khuấy:
4
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
-
Suy thẳng từ định nghĩa chuẩn số Re của dòng chảy khi thay vận tốc v bằng số vòng quay N
Dv d2 N
Re
(5)
c. Chuẩn số Froude:
-
-
Là tỉ số giữa lực ly tâm và gia tốc trọng trường
d N2
v2
Fr
(6)
g
d g
Chính quân bình giữa hai lực này tạo nên xoáy lốc hình phễu. Xoáy lốc này gây ra lực phụ
tác dụng ngang lên trục khuấy, lực này sẽ rất lớn nếu độ sâu xoáy phễu lớn hơn độ sâu cánh
khuấy tính từ mặt thoáng chất lỏng và khi đó khí sẽ lọt vào chất lỏng làm giảm đáng kể hiệu
suất khuấy. Sự tạo phễu còn gây sự đảo, lắc trục khuấy nếu trục khuấy không được lắp đặt
chính tâm. Vận tốc khuấy càng cao thì khả năng tạo xoáy phễu càng lớn, để khắc phục hiện
tượng này, người ta bố trí những tấm chặn để ngăn cản sự tạo phễu, khi này hiệu suất khuấy
tăng lên nhưng công suất cánh khuấy cũng tăng lên do sức cản khuấy tăng.
-
-
Nếu lực ly tâm nhỏ Re 300 thì chuẩn số Fr chưa đáng kể (gần bằng số không) và công
suất khuấy trong trường hơp có tấm chắn và không có tấm chắn là như nhau, xoáy lốc chưa
xuất hiện.
Ở chuẩn số Re cao trong bình không có tấm chắn người ta gộp ảnh hưởng của chuẩn số Fr
vào chuẩn số công suất qua định nghĩa của chuẩn số công suất hiệu chỉnh:
NP
NP*
(7)
(8)
Frm
-
Lũy thừa m tùy thuộc hình dáng của cánh khuấy và của hệ thống
a log(Re)
m
b
Trong đó : a, b là các hằng số phụ thuộc hình dạng cánh khuấy và các thừa số hình dạng.
H
d
Z
-
-
Đối với chong chóng 3 cánh bước 2 có
Một cách tổng quát, ta có :
3,3 và 1 thì a 1,7 và b 18,0
.
d
N f Re,Fr C Re Fr2
(9)
P
N
0
Trong đó : CN, 1, 2, là các hằng số phụ thuộc chế độ khuấy.
-
Nếu lưu chất khuấy có chế độ chảy :
• Chảy tầng : 1 1, 2 0 khi này P CN Re1
.
0
5
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
• Chảy rối có tấm cản : 1 0, 2 0 khi này P CN
.
0
a log(Re)
• Chảy rối không có tấm cản :1 0
,
2
, trở lại trường hợp trên.
b
4. Nguyên tắc khuếch đại đồng dạng
Hai hệ thống được gọi là đồng dạng hoàn toàn khi chúng thoả mãn đồng thời:
-
• Đồng dạng hình học
• Đồng dạng động học
• Đồng dạng động lực học
-
Mô hình đồng dạng hoàn toàn đòi hỏi tất cả các chuẩn số vô thứ nguyên tương ứng bằng
nhau.
-
Khi cần thiết kế một hệ thống khuấy lớn cho công nghiệp, người ta thường tạo một mô hình
nhỏ rồi đo thực nghiệm giản đồ công suất của mô hình này. Vì có đồng dạng hình học giữa
hai hệ thống nhỏ và lớn nên giản đồ áp được cho cả haivà có thể dùng để tiên đoán công
suất cũng như cường độ khuấy trong nhà máy: đây là nguyên tắc khuếch đại đồng dạng.
Trong thực tế, nhiều khi rất khó thực hiện mô hình đồng dạng hoàn toàn, nếu hai hệ thống
lớn nhỏ gần đống dạng nhưng có vài dị biệt thì ta có thể dùng hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm.
Tuy nhiên bằng thực nghiệm người ta nhận thấy : NP f (Re) . Có 3 phương pháp xác định
-
-
chuẩn số công suất NP
• Xác định NP theo phương pháp giải tích :
• Xác định NP theo phương trình chuẩn số : NP C Rem , các giá trị C & m được xác
định qua các bảng tra.
• Xác định NP theo đồ thị (dùng giản đồ công suất)
5. Tiên đoán công suất cho hệ thống thực
-
Khi cần thiết kế một hệ thống khuấy trọn trong công nghiệp, người ta tạo một mô hình mẫu
nhỏ rồi xây dựng giản đồ chuẩn số công suất cho mô hình này. Mô hình mẫu phải đồng dạng
với mô hình thực tế. Vì sự đồng dạng này mà mô hình lớn có thể dùng chung giản đồ của
mô hình mẫu. Từ đó ta có thể tiên đoán công suất thực cần thiết.
III.
THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
1. Thiết bị thí nghiệm
- 2 bình chứa dầu và nhớt
- 2 cánh khuấy turbine CT2, CT3 & 1 cánh khuấy chân vịt CP2
6
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
- 1 trục gắn cánh khuấy
Bài: Khuấy Chất Lỏng
- 1 bộ tấm chặn 4 tấm
- 1 động cớ ¼ mã lực có thể thay đổi vận tốc 0 – 1200 v/ph bằng hộp số
- 1 lực kế lò xo có thang đo 0 – 2lbf
- 1 vận tốc kế có 3 thang đo ( 0- 300; 0- 600; 0 – 1200 v/ph)
2. Phương pháp thí nghiệm
a. Đo công suất khuấy
-
Công suất khuấy
P 2 r F N
Trong đó: r 5 inch : là khoảng cách từ vị trí gắn trục lò xo đến động cơ
P
được tính bằng công thức
(10)
F
: lực ma sát giữa chất lỏng và cánh khuấy
: số vòng quay của cánh khuấy
N
b. Vận tốc khuấy N:
Đọc trên vận tốc kế (vòng/phút)
-
3. Nội dung thí nghiệm
(1) Chọn lưu chất dầu hay là nhớt để tiến hành TN
(2) Chọn cánh khuấy turbine (CT2 hay CT3) hay cánh khuấy chân vịt CP2 lắp vào trục khuấy
(3) Đối với nhớt điều chỉnh tốc độ khuấy là 200, 400, 600, 800, 1000. Còn đối với dầu thì chọn
tốc độ khuấy là 50, 400, 700, 900, 1100 vòng/phút
-
Chú ý khi tiến hành TN :
• Không nên chạy máy quá 1100 vòng/phút máy sẽ rung, nguy hiểm
• Khi đọc vận tốc luôn thử để vận tốc kế ở thang 0 – 1200prm trước. Nếu thấy chưa đủ chính
xác thì mới giảm xuống thang đo nhỏ hơn . Tránh để kim chỉ nhảy quá mức tối đa của thang
đo.
• Mỗi khi bật tắt động cơ hay thay đổi vận tốc khuấy, phải dùng tay giữ động cơ cho lực ban
đầu không làm động cơ xoay mạnh sẽ gây va chạm và làm hư máy.
• Khi tháo lắp cánh khuấy , trục … không để rơi xuống làm vỡ bình.
• Trước khi dùng lực kế phải chỉnh về 0 khi động cơ quay.
• Khi quay hộp số để điều chế vận tộc, phải tháo rời lò xo khỏi động cơ.
7
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
IV.
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Bảng 2: Tính toán số liệu với lưu chất là nhớt và cánh khuấy CT 2
N (v/p)
200
N (v/s)
3,33
F (ldf)
0,04
0,05
0,08
0,11
0,15
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
F (N)
P (W)
0,4735
1,1836
2,8408
5,2080
8,8774
0,4735
1,4204
2,8408
4,7346
7,1019
Re
NP
Ghi chú
0,1780
0,2225
0,3560
0,4895
0,6675
0,1780
0,2670
0,3560
0,4450
0,5340
181,463
362,926
544,390
725,853
907,316
181,463
362,926
544,390
725,853
907,316
5,8392
1,8248
1,2976
1,0036
0,8759
5,8392
2,1897
1,2976
0,9124
0,7007
400
6,67
CT2
(không
chặn)
600
10,00
13,33
16,67
3,33
800
1000
200
400
6,67
CT2 (có
600
10,00
13,33
16,67
chặn)
800
1000
6.00000
4.50000
3.00000
1.50000
.00000
Không chặn
Có chặn
0
200
400
600
800
1000
Hình 1: Giản đồ NP Re cho lưu chất là nhớt với cánh khuấy CT 2
8
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
Bảng 3: Tính toán số liệu với lưu chất là nhớt và cánh khuấy CT 3
N (v/p)
200
N (v/s)
3,33
F (ldf)
0,03
0,04
0,06
0,08
0,08
0,02
0,04
0,05
0,07
0,08
F (N)
P (W)
0,3551
0,9469
2,1306
3,7877
4,7346
0,2367
0,9469
1,7755
3,3142
4,7346
Re
NP
Ghi chú
0,1335
0,1780
0,2670
0,3560
0,3560
0,0890
0,1780
0,2225
0,3115
0,3560
126,016 10,8974
400
6,67
252,032
378,048
504,065
630,081
126,016
252,032
378,048
504,065
630,081
3,6325
2,4216
1,8162
1,1624
7,2649
3,6325
2,0180
1,5892
1,1624
CT3
(không
chặn)
600
10,00
13,33
16,67
3,33
800
1000
200
400
6,67
CT3 (có
600
10,00
13,33
16,67
chặn)
800
1000
012
010
008
006
004
002
000
Không chặn
Có chặn
0
100
200
300
400
500
600
700
Hình 2: Giản đồ NP Re cho lưu chất là nhớt với cánh khuấy CT 3
9
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
Bảng 4: Tính toán số liệu với lưu chất là nhớt và cánh khuấy CP2
N (v/p)
200
N (v/s)
3,33
F (ldf)
0,03
0,04
0,06
0,07
0,08
0,02
0,04
0,05
0,06
0,06
F (N)
P (W)
0,3551
0,9469
2,1306
3,3142
4,7346
0,2367
0,9469
1,7755
2,8408
3,5509
Re
NP
Ghi chú
0,1335
0,1780
0,2670
0,3115
0,3560
0,0890
0,1780
0,2225
0,2670
0,2670
181,463
362,926
544,390
725,853
907,316
181,463
362,926
544,390
725,853
907,316
4,3794
1,4598
0,9732
0,6387
0,4671
2,9196
1,4598
0,8110
0,5474
0,3504
400
6,67
CP2
(không
chặn)
600
10,00
13,33
16,67
3,33
800
1000
200
400
6,67
CP2 (có
600
10,00
13,33
16,67
chặn)
800
1000
5.00000
4.00000
3.00000
2.00000
1.00000
.00000
Không chặn
Có chặn
0
200
400
600
800
1000
Hình 3: Giản đồ NP Re cho lưu chất là nhớt với cánh khuấy CP2
10
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
Bảng 5: Tính toán số liệu với lưu chất là dầu và cánh khuấy CP2
N (v/p)
50
N (v/s)
0,83
F (ldf)
0,04
0,05
0,06
0,08
0,10
0,04
0,06
0,10
0,12
0,18
F (N)
P (W)
0,1184
1,1836
Re
NP
Ghi chú
0,1780
0,2225
0,2670
0,3560
0,4450
0,1780
0,2670
0,4450
0,5340
0,8010
75,768
606,144
98,0774
1,9156
400
700
900
1100
50
6,67
CT2
(không
chặn)
11,67
15,00
18,33
0,83
2,4857 1060,752 0,7506
4,2611 1363,825 0,6054
6,5101 1666,897 0,5066
0,1184
1,4204
75,768
98,0774
2,2987
400
700
900
1100
6,67
606,144
CT2 (có
11,67
15,00
18,33
4,1428 1060,752 1,2510
6,3917 1363,825 0,9081
11,7181 1666,897 0,9119
chặn)
120
100
80
60
40
20
0
Không chặn
Có chặn
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
Hình 4: Giản đồ NP Re cho lưu chất là dầu với cánh khuấy CP2
11
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
Bảng 6: Tính toán số liệu cho bồ thực 50m3 với lưu chất là nhớt và cánh khuấy CT 2 không chặn
N (v/p) N (v/s)
F (ldf)
0,04
0,05
0,08
0,11
0,15
F (N)
0,1780
0,2225
0,3560
0,4895
0,6675
P (W)
Re
NP
Ghi chú
0,5514
1,1028
1,6542
2,2056
2,7570
0,0092
0,0184
0,0276
0,0368
0,0460
0,0013 181,463 0,3066
0,0033 362,926 0,0958
0,0078 544,390 0,0681
0,0144 725,853 0,0527
0,0245 907,316 0,0460
CT2
(không
chặn)
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
.005000 .010000 .015000 .020000 .025000 .030000 .035000 .040000 .045000 .050000
Hình 5: Đồ thị biểu diễn công suất khuấy theo vận tốc khuấy
V.
BÀN LUẬN
Câu 1: Ảnh hưởng của tấm chặn đến công suất khuấy
-
Trong các thí nghiệm, ta luôn thấy với cùng một vận tốc khuấy, trường hợp lắp tấm chặn sẽ
có chuẩn số công suất (hay công suất) khuấy cao hơn so với không lắp tấm chặn.
12
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
-
Lắp tấm chặn sẽ làm tăng trở lực cản trở dòng chảy xoáy tròn của chất lỏng trong bồn
khuấy. Từ đó làm tăng lực ma sát của dòng chảy. Trong trường hợp không có tấm chặn nếu
dùng một công suất bằng với trường hợp không lắp tấm chặn thì do trở lực dòng chảy đó,
vận tốc khuấy sẽ đạt giá trị thấp hơn. Vì vậy, để đảm bảo được vận tốc khuấy cần thiết, ta
phải cung cấp một công suất lớn hơn trường hợp không lắp tấm chặn.Tuy nhiên, khi lắp tấm
chặn sẽ ngăn cản được sự hình thành xoáy phễu, làm tăng hiệu suất khuấy, bên cạnh đó công
suất khuấy cũng tăng do trở lực cản của tấm chặn lên sự khuấy tăng
-
Tuy nhiên, với trường hợp của dầu, khi vận tốc khuấy đạt đến một giá trị nào đó thì chuẩn
số công suất ở hai trường hợp lại tiến về gần bằng nhau. Có vẻ như kết quả trên hoàn toàn
ngược lại so với hai giản đồ trong sách hướng dẫn thí nghiệm. Còn đồ thị 3 thì lại giống với
2 giản đồ trong sách hướng dẫn. Nguyên nhân có thể do thiết bị: khi quay lâu trong nhớt
(dầu) do có độ nhớt cao nên khi hệ thống khuấy hoạt động lâu sẽ làm lỏng khớp nối cánh
khuấy với trục khuấy. Điều này làm cho việc đo lực khó khăn hơn, số liệu thu nhận được từ
lực kế không còn tính chính xác nữa. Ngoài ra, hệ thống gồm: động cơ, hộp số được đỡ trên
ổ bi, khi hệ thống hoạt động không ngừng dao động
số đo lực kế dao động liên tục
khó xác định chính xác giá trị và sai số do không kể đến ma sát trong ổ bi đỡ động cơ
(chống lại ma sát giữa cánh khuấy và chất lỏng làm sai kết quả đo lực).
Câu 2: Sự tiêu thụ năng lượng của từng loại cánh khuấy
-
Với cùng một loại cánh khuấy và cùng điều kiện thí nghiệm về các thông số khác, đường
kính cánh khuấy càng lớn thì năng lượng tiêu thụ càng lớn.
-
Trong trường hợp đó, năng lượng tiêu thụ phụ thuộc vào tiết diện vuông góc với vận tốc dài
của cánh khuấy. Tiết diện càng lớn, lực cản của chất lỏng lên cánh khuấy càng lớn
lượng tiêu hao để thắng lực cản đó càng lớn.
năng
-
Lực cản này được biểu diễn bởi phương trình của Newton :
dv
P A
dy
Trong đó :
•
•
•
•
P
A
: Lực cản .
N
: Hệ số nhớt động lực học N s / m2
.
: Tiết diện vuông góc với vận tốc dòng chảy.
dv
dy
: Gradient vận tốc lưu chất theo phương vuông góc dòng chảy.
-
Trong thí nghiệm, ta thấy
13
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
• Cánh khuấy CT2 tiêu thụ năng lượng lớn hơn cánh khuấy CT3, thể hiện ở chỗ công suất
khuấy lớn hơn. Vì: cánh khuấy CT2 có đường kính 3 inch, cánh khuấy CT3 có đường kính 2.5
inch
diện tích bề mặt vuông góc vận tốc dài cánh khuấy của cánh khuấy CT3 lớn hơn.
• Cánh khuấy CP2, tuy có đường kính bằng với cánh khuấy CT3, tuy nhiên cấu tạo của nó có
dạng chong chóng, phần tiết diện vuông góc với vận tốc dài của nó bé hơn cả cánh khuấy
CT3 vì thế nó tiêu thụ năng lượng thấp nhất. Có một điểm cần lưu ý là do cấu tạo như chong
chóng, cánh khuấy CP2 sẽ làm tăng lực đẩy theo chiều trục, vì vậy nó sẽ tăng cường khuấy
trộn dọc.
Câu 3: Khoảng cách giữa các vận tốc trong trường hợp khuấy dầu lớn hơn khuấy nhớt:
-
Trong cuốn hướng dẫn thí nghiệm : với nhớt có thể chọn vận tốc 200, 400, 600, 800 và
1000; với dầu có thể chọn 50, 400, 700, 900, 1100.
-
Do độ nhớt của dầu nhỏ hơn nhiều so với nhớt, chỉ gần bằng phân nữa. Vì vậy lực ma sát đo
được khi khuấy dầu sẽ nhỏ hơn khi khuấy nhớt. Nếu lấy khoảng vận tốc khuấy hai chất lỏng
giống nhau thì khoảng cách giữa các lực đo được khi khuấy dầu sẽ nhỏ
vậy, khoảng cách vận tốc của thí nghiệm khuấy dầu phải lớn hơn thí nghiệm khuấy nhớt để
tăng khoảng cách các lực ma sát đo được dễ đọc giá trị trên lực kế.
khó phân biệt. Vì
Câu 4: Trong trường hợp nào thì có xoáy phễu? Xoáy phễu có lợi hay không. Có những phương
án nào làm mất xoáy phễu? Bề mặt của xoáy phễu lõm xuống hay lồi lên? Tại sao?
Xoáy phễu xuất hiện khi lực ly tâm đủ lớn, vận tốc xoay của dòng lưu chất lớn sẽ tạo ra một
trường lực cân bằng với trọng lực chất lỏng làm cho bề mặt phần chất lỏng phân bố theo
dạng cong lõm. Dạng cong lõm của xoáy được giải thích theo 2 cách:
-
Theo giải tích:
• Mặt thoáng chất lỏng trong thiết bị là mặt cong được biểu diễn bởi phương trình:
dz0 vt2
dr
rg
B.N 2 .d 2
2g
Trong đó: z0 – là độ sâu của phễu, z0 h h2 z0
;
1
B – tham số phụ thuộc vào thông số phân bố tốc độ, 1
diễn trên đồ thị.
.
B f được biễu
h1 – khoảng cách từ mực chất lỏng ban đầu đến đến đáy của lõm xoáy, m
h2 – mực chất lỏng dâng lên ở thành thiết bị, m
• Rõ ràng lấy tích phân của phương trình trên thì z f v ,r, g,... 0 , do vậy bề mặt của
0
t
lõm xoáy (dạng parabol) sẽ lõm xuống.
14
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
-
Theo bản chất: lực ly tâm có xu hướng đem các phần tử chất lỏng từ tâm ra ngoài. Đến
thành bình, chúng bị cản lại và ứ đọng tại đó. Vì vậy mật độ các phần tử chất lỏng ở tâm
bình sẽ ít hơn ở ngoài thành bình vì vậy sẽ xuất hiện dạng lõm (do thiếu chất lỏng ở tâm
bình khuấy).
-
-
Cánh khuấy chân vịt có tác dụng tăng cường khuấy trộn dọc nên sẽ ít tạo xoáy phễu hơn.
Thường thì xoáy phễu không có lợi, vì trên bề mặt chất lỏng sẽ xuất hiện nhiều chỗ xoáy
lớn và sự chuyển động của chất lỏng trong lòng đôi khi bị hạn chế do sự mất mát năng
lượng nhiều và sự tạo bọt trong khi khuấy. Hơn nữa, xoáy phễu hình thành và tồn tại làm
giảm lực khuấy trộn ,đôi khi còn có tác dụng ngược lại làm xuất hiện khả năng phân li làm
giảm hiệu quả của quá trình khuấy. Do vậy thực tế người ta thường tránh khả năng tạo xoáy
phễu bằng các phương án sau:
• Đặt lệnh tâm cánh khuấy vào bể (thùng) khuấy: đặt nghiêng hay đặt nằm ngang
• Ghép thanh chặn trong thùng khuấy: Ghép thanh chặn ở thành thùng, dùng vòng cản, thanh
rối dòng, các ống thẳng đứng đặt trong thùng, các vòng ống,…
-
Tuy nhiên, việc đặt lệch tâm cánh khuấy và ghép thanh chặn trong thùng chắn sẽ xuất hiện
thêm trở lực cục bộ và xuất hiện vùng tù
để giảm thỉu vùng tù ta phải tăng vận tốc khuấy
trộn.
Câu 5: Nhận xét mức độ tin cậy của phương pháp đồng dạng.Phân tích trường hợp bồn “50m3”
ở trên:
-
Phương pháp đồng dạng là phương pháp được ứng dụng nhiều trong nghiên cứu và thiết kế
các hệ thống. Như đã đề cập ở phần lý thuyết, hai quá trình được gọi là đồng dạng phải thỏa:
• Đồng dạng hình học.
• Đồng dạng động học.
• Đồng dạng động lực học.
-
Mô hình đồng dạng hoàn toàn đòi hỏi tất cả các chuẩn số vô thứ nguyên tương ứng bằng
nhau.
-
Tuy nhiên, khi áp dụng mô hình đồng dạng của mô hình thí nghiệm vào mô hình sản xuất
công nghiệp sẽ khó tránh khỏi những sai khác về một số thông số kĩ thuật. Vì vậy, để có thể
áp dụng những nghiên cứu trong phòng thí nghiệm vào thực tế thường người ta sẽ thêm 1
hay 1 vài thông số hiệu chỉnh.
-
-
Mức độ tin cậy của phương pháp đồng dạng là có thể chấp nhận được trong khi chưa có một
mô hình giải tích chính xác để tính toán các hệ thống thực.
Trong mô hình sản xuất công nghiệp, yêu cầu năng suất được đặt lên hàng đầu và công suất
khuấy trộn lớn hơn rất nhiều so với thí nghiệm. Theo thí nghiệm trên ReL 1000
rất nhỏ
15
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
so với thực tế. Vì vậy, để có thể tính toán cho hệ thống thực nghiệm yêu cầu ta phải làm thí
nghiệm ở điều kiện có Re cao hơn rất nhiều so với thí nghiệm ( vận tốc khuấy trộn lớn)
Câu 6: Chuyển giao giản đồ
-
Sau khi xây dựng thành công bồn chứa 50m3, điều đầu tiên phải làm đó là làm thực nghiệm
và lập nên giản đồ NP Re . Sau đó đối chiếu với giản đồ thí nghiệm lí thuyết. Từ đó xác
định các hệ số hiệu chỉnh. Sau khi đã làm xong những bước đó, ta đã có một giản đồ hoàn
chỉnh và có thể dùng giản đồ đó để tính toán cho các thiết bị có dung tích lớn hơn dựa trên
giản đồ hoàn chỉnh. Và giản đồ đã lập được có thể áp dụng để thiết kế các thiết bị công
nghiệp và đưa vào sản xuất theo qui mô công nghiệp.
VI.
PHỤ LỤC
-
Các thông số cần thiết
• Đường kính bình nhớt
• Đường kính bình dầu
• Đường kính cánh khuấy
• Khối lượng riêng nhớt
• Khối lượng riêng dầu
• Độ nhớt của nhớt
:
:
:
:
:
:
:
:
:
D 24 cm 0,24 m
N
D 30 cm 0,30 m
D
C : d 3 inch
;
C : d 2,5 inch
;
C : d 3 inch
T 2
T 3
P2
852,15 kg / m3
N
811,75 kg / m3
D
90,89 cP 0,09089 Pas
N
• Độ nhớt của dầu
51,84 cP 0,05184 Pas
D
• Chiều cao mực chất lỏng
H 16 cm 0,16 m
N
H 25 cm 0,25 m
D
• Chiều cao mực chất lỏng từ đáy bình đến cánh khuấy: Z 10 cm 0,1 m
N
• Bề dầy tấm chặn
:
3 mm
• Bề ngang tấm chặn
:
b 2,5 cm
-
Tính toán các giá trị
N v / s
N v / p
60
F N F lbf 4,45
P
NP
N3d5
16
Báo cáo Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
d2 N
Re
P 2rFN
-
Tính toán cho trường hợp bồn nhớt thực tế 50 m3
DN2 H 0,242 0,16
• Thể tích bồn thí nghiệm
• Thể tích bồn thực tế
:
:
VTN
0,007328 m3
4
4
V 50 m3
TT
VTT
50
0,007328
3
3 VTN
• Tỉ số đồng dạng hình học
:
l
19,045
• Đường kính bồn thực tế
• Đướng kính cánh khuấy
:
:
D D 19,045 4,57 m
TT
N
dTT d 19,045 1,45 m
-
-
Chọn giá trị N v / s sao cho Re (tính theo dTT ) Re (tính theo d )
Từ giản đồ NP Re của cánh khuấy CT 2 trường hợp khuấy nhớt, tra giá trị NP cho trường
hợp thực tế
-
Tính công suất khuấy thực tế : P NP N3dT5T
TT
VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Tập thể Tác giả bộ môn Máy & Thiết bị – Khoa Công nghệ Hóa học & Dầu khí – Trường Đại
học Bách khoa –Đại học Quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, “ Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị”, 09/2003.
[2]. Tập thể tác giả, “ Sổ tay Quá trình & Thiết bị Công nghệ Hóa chất – tập 1”, Nhà xuất bản Khoa
học & Kỹ thuật Hà Nội, 1992.
[3]. Nguyễn Văn Lụa, “Quá trình & Thiết bị Công nghệ Hóa học & Thực phẩm – tập 1 – Các Quá
trình & Thiết bị Cơ học – quyển 1- Khuấy Lắng Lọc”,NXB –Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh,
2001.
17
17 trang
13340
Free
Bạn đang xem tài liệu "Báo cáo Thí nghiệm môn Quá trình thiết bị - Khuấy chất lỏng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bao_cao_thi_nghiem_mon_qua_trinh_thiet_bi_khuay_chat_long.docx
- KCL - Bìa.docx
KCL - Số liệu.xlsx
