Báo cáo Thí nghiệm Quá trình thiết bị - Khuấy chất lỏng
Nội dung:
1. TRÍCH YEÁU.................................................................................................................................2
2. LYÙ THUYEÁT THÍ NGHIEÄM:.....................................................................................................2
3. THIEÁT BÒ & PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM: .......................................................................5
4. KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM:..........................................................................................................6
4.1. Soá lieäu thoâ.............................................................................................................................6
4.2. Xaây döïng giaûn ñoà Coâng suaát khuaáy – Vaän toác khuaáy cho boàn nhôùt 50m3 ñoàng daïng boàn
nhôùt thí nghieäm:...........................................................................................................................6
4.3. Ñoà thò.....................................................................................................................................7
5. BAØN LUAÄN:................................................................................................................................9
5.1. AÛnh höôûng cuûa taám chaën ñeán coâng suaát khuaáy:.................................................................9
5.2. Söï tieâu thuï naêng löôïng cuûa töøng loaïi caùnh khuaáy............................................................10
khuaáy nhôùt: ................................................................................................................................11
sao?.............................................................................................................................................11
ôû treân: .........................................................................................................................................12
5.6. Chuyeån giao giaûn ñoà ..........................................................................................................13
6. PHUÏ LUÏC...................................................................................................................................13
7. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO ........................................................................................................14
1
1. TRÍCH YEÁU
1.1. Muïc ñích
Khaûo saùt giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát khuaáy Np vôùi nhieàu heä thoáng coù hình daïng khaùc
nhau.
1.2. Phöông phaùp TN:
-
-
-
-
Ño löïc ma saùt F baèng caùch ñoïc chæ soá treân löïc keá sau moãi giaù trò vaän toác khuaáy N.
Tính coâng suaát caùnh khuaáy.
Tính chuaån soá Reynold.
Tính chuaån soá coâng suaát .
- Veõ giaûn ñoà theå hieän quan heä giöõa Re & Np – goïi laø giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát ( khi
ñaõ boû qua aûnh höôûng cuûa chuaån soá Froude) cho 2 heä thoáng ñoàng daïng laø bình daàu &
bình nhôùt .
1.3. Keát quaû thí nghieäm
- Sau khi thí nghieäm, ño ñaïc vaø tính toaùn ta thu ñöôïc 4 giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát
khuaáy (Np) theo chuaån soá Re cho töøng tröôøng hôïp chaát loûng laø nhôùt vaø daàu
- Ôû taát caû caùc tröôøng hôïp, vaän toác khuaáy ñeàu döôùi 1100 voøng/phuùt. Treân 1100
voøng/phuùt, maùy bò laéc maïnh.
- Nhaän xeùt keát quaû TN:
• Trong tröôøng hôïp coù taám chaën thì chuaån soá coâng suaát luoân lôùn hôn trong
tröôøng hôïp khoâng coù taám chaën. Nghóa laø coâng suaát tieâu hao P cho khuaáy
coù taám chaën lôùn hôn khi khoâng coù taám chaën vôùi cuøng moät giaù trò vaän toác
khuaáy.
• Khuaáy daàu deãâ taïo loõm xoaùy hôn khi khuaáy nhôùt.
2. LYÙ THUYEÁT THÍ NGHIEÄM:
2.1. Khaùi nieäm:
Khuaáy laø quaù trình laøm giaûm söï khoâng ñoàng nhaát trong chaát loûng. Ñoù laø söï cheânh leäch
veà noàng ñoä, ñoä nhôùt, nhieät ñoä… ôû nhöõng vò trí khaùc nhau trong loøng chaát loûng.
2.2. Xaùc ñònh coâng suaát caùnh khuaáy P:
Coâng suaát khuaáy P phuï thuoäc nhieàu yeáu toá ñöôïc bieãu nhö sau:
P f (N,d, , , D, H, Z, caùc kích thöôùc khaùc)
(1)
Baèng phöông phaùp phaân tích thöù nguyeân, ngöôøi ta thieát laäp caùc phöông trình chuaån soá
tính coâng suaát khuaáy döôùi daïng:
P N p .N 3.d 5 .
(2)
Trong ñoù Np laø chuaån soá coâng suaát, noù phuï thuoäc vaøo cheá ñoä thuûy ñoäng löïc hoïc cuûa thieát
bò:
N p f (Re, Fr,Ga,...)
(3)
Vôùi:
2
P
•
•
•
Np
Re
Fr
: Chuaån soá coâng suaát, voâ thöù nguyeân.
N 3d 5
d2N
: Chuaån soá Reynolds cuûa caùnh khuaáy, tyû soá giöõa löïc ly taâm & löïc ma saùt
N2d
g
: Chuaån soá Froude, tyû soá giöõa löïc ly taâm & löïc troïng tröôøng, ñaëc tröng cho
söï hình thaønh xoaùy pheãu.
d Z H
Dt Dt Dt
Trong ñoù :
•
,
,
,S1,S2 ,... laø caùc thöøa soá hình daïng cuûa heä thoáng.
P : Coâng suaát khuaáy (W).
N : Vaän toác caùnh khuaáy (1/s).
d : Ñöôøng kính caùnh khuaáy (m)
: Khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng khuaáy (kg/m3).
: Ñoä nhôùt ñoäng löïc hoïc chaát loûng khuaáy (N/s.m).
Nhö vaäy vaán ñeà öôùc ñoaùn coâng suaát khuaáy raát phöùc taïp vì caàn bieát roõ caû aûnh höôûng
cuûa hình daùng heä thoáng.
2.3. Giaûn ñoà coâng suaát vaø caùc chuaån soá ñaëc tröng:
Treân thöïc teá, ngöôøi ta chæ ño ñöôïc aûnh höôûng cuûa chuaån soá Reynolds vaø Froude treân
chuaån soá coâng suaát sau khi ñaõ xaùc ñònh caùc thöøa soá hình daïng.
- Chuaån soá coâng suaát:
Ta coù theå vieát:
P = Ff.v = J.A.v
A ~ d2
v ~ dN
Trong ñoù :
• Ff : Löïc ma saùt.
• v : vaän toác löu chaát.
• J : Heä soá ma saùt.
• A : Dieän tích caùnh khuaáy vuoâng goùc vôùi phöông chuyeån ñoäng cuûa doøng löu chaát.
• d : Ñaïi löôïng chieàu daøi.
P
Jd3N
J
J
Vaäy P
~
~
~
(4)
0
d5N3 d5N3 d2N2 v2
Ta thaáy chuaån soá coâng suaát coù yù nghóa cuûa moät thốøa soá ma saùt.
- Chuaån soá Reynolds caùnh khuaáy:
Suy thaúng töø ñònh nghóa chuaån soá Re cuûa doøng chaûy khi thay vaän toác v baèng soá voøng quay
N
3
D.v. d2 .N.
Re
(5)
(6)
- Chuaån soá Froude:
Laø tæ soá giöõa löïc ly taâm vaø gia toác troïng tröôøng
d.N2
g
v2
d.g
Fr
Chính quaân bình giöõa hai löïc naøy taïo neân xoaùy loác hình pheãu. Xoaùy loác naøy gaây ra löïc
phuï taùc duïng ngang leân truïc khuaáy, löïc naøy seõ raát lôùn neáu ñoä saâu xoaùy pheãu lôùn hôn ñoä saâu
caùnh khuaáy tính töø maët thoaùng chaát loûng vaø khi ñoù khí seõ loït vaøo chaát loûng laøm giaûm ñaùng keå
hieäu suaát khuaáy. Söï taïo pheãu coøn gaây söï ñaûo, laéc truïc khuaáy neáu truïc khuaáy khoâng ñöôïc laép
ñaët chính taâm. Vaän toác khuaáy caøng cao thì khaû naêng taïo xoaùy pheãu caøng lôùn, ñeå khaéc phuïc
hieän töôïng naøy, ngöôøi ta boá trí nhöõng taám chaën ñeå ngaên caûn söï taïo pheãu, khi naøy hieäu suaát
khuaáy taêng leân nhöng coâng suaát caùnh khuaáy cuõng taêng leân do söùc caûn khuaáy taêng.
- Neáu löïc ly taâm nhoû (Re < 300) thì chuaån soá Fr chöa ñaùng keå (gaàn baèng soá khoâng)vaø
coâng suaát khuaáy trong tröôøng hốp coù taám chaén vaø khoâng coù taám chaén laø nhö nhau, xoaùy loác
chöa xuaát hieän.
- ÔÛ chuaån soá Re cao trong bình khoâng coù taám chaén ngöôøi ta goäp aûnh höôûng cuûa chuaån
soá Fr vaøo chuaån soá coâng suaát qua ñònh nghóa cuûa chuaån soá coâng suaát hieäu chænh:
Np
Np*
(7)
Frm
Luõy thöøa m tuøy thuoäc hình daùng cuûa caùnh khuaáy vaø cuûa heä thoáng
a log(Re)
m
(8)
b
Trong ñoù : a,b laø caùc haèng soá phuï thuoäc hình daïng caùnh khuaáy vaø caùc thöøa soá hình daïng.
Ñoái vôùi chong choùng 3 caùnh böôùc 2 coù H/Dt = 3,3 vaø Z/d = 1 thì a = 1,7
vaø b = 18,0.
Moät caùch toång quaùt, ta coù :
Np0 f
(9)
Re, Fr
CN Re Fr 2
Trong ñoù : CN, 1, 2, laø caùc haèng soá phuï thuoäc cheá ñoä khuaáy.
Neáu löu chaát khuaáy coù cheá ñoä chaûy :
• Chaûy taàng : 1 = -1, 2 = 0 khi naøy P0 = CNRe-1.
• Chaûy roái coù taám caûn : 1 = 0, 2 = 0 khi naøy P0 = CN .
a log(Re)
• Chaûy roái khoâng coù taám caûn : 1 = 0, 2 =
, trôû laïi tröôøng hôïp treân.
b
2.4. Nguyeân taéc khueách ñaïi ñoàng daïng
Hai heä thoáng ñöôïc goïi laø ñoàng daïng hoaøn toaøn khi chuùng thoûa maõn ñoàng thôøi :
• Ñoàng daïng hình hoïc.
• Ñoàng daïng ñoäng hoïc.
4
• Ñoàng daïng ñoäng löïc hoïc.
Moâ hình ñoàng daïng hoaøn toaøn ñoøi hoûi taát caû caùc chuaån soá voâ thöù nguyeân töông öùng
baèng nhau.
Khi caàn thieát keá moät heä thoáng khuaáy lôùn cho coâng nghieäp, ngöôøi ta thöôøng taïo moät moâ
hình nhoû roài ño thöïc nghieäm giaûn ñoà coâng suaát cuûa moâ hình naøy. Vì coù ñoàng daïng hình hoïc
giöõa hai heä thoáng nhoû vaø lôùn neân giaûn ñoà aùp ñöôïc cho caû hai vaø coù theå duøng ñeå tieân ñoaùn
coâng suaát cuõng nhö cöôøng ñoä khuaáy trong nhaø maùy: ñaây laø nguyeân taéc khueách ñaïi ñoàng daïng.
Trong thöïc teá, nhieàu khi raát khoù thöïc hieän moâ hình ñoàng daïng hoaøn toaøn, neáu hai heä
thoáng lôùn nhoû gaàn ñoáng daïng nhöng coù vaøi dò bieät thì ta coù theå duøng heä soá hieäu chænh thöïc
nghieäm.
Tuy nhieân baèng thöïc nghieäm ngöôøi ta nhaän thaáy : N p f (Re). Coù 3 phöông phaùp xaùc
ñònh chuaån soá coâng suaát Np
• Xaùc ñònh Np theo phöông phaùp giaûi tích :
• Xaùc ñònh Np theo phöông trình chuaån soá: N p C.Rem , caùc giaù trò
C & m ñöôïc xaùc ñònh qua caùc baûng tra.
• Xaùc ñònh Np theo ñoà thò (duøng giaûn ñoà coâng suaát).
2.5. Tieân ñoaùn coâng suaát trong caùc heä thoáng thöïc:
Khi caàn thieát keá moät heä thoáng khuaáy troän trong coâng nghieäp, ngöôøi ta taïo moät moâ hình
maãu nhoû roài xaây döïng giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát cho moâ hình naøy. Moâ hình maãu phaûi ñoàng
daïng vôùi moâ hình thöïc teá. Vì söï ñoàng daïng naøy maø moâ hình lôùn coù theå duøng chung giaûn ñoà
cuûa moâ hình maãu. Töø ñoù ta coù theå tieân ñoaùn coâng suaát thöïc caàn thieát.
3. THIEÁT BÒ & PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM:
3.1. Thieát bò TN :
• 2 bình chöùa daàu vaø nhôùt
• 2 caùnh khuaáy turbine CT2, CT3 & 1 caùnh khuaáy chaân vòt CP2
• 1 truïc gaén caùnh khuaáy
• 1 boä taám chaën 4 taám
• 1 ñoäng côù ¼ maõ löïc coù theå thay ñoåi vaän toác 0 – 1200v/ph baèng hoäp soá
• 1 löïc keá loø xo coù thang ño 0 – 2lbf
• 1 vaän toác keá coù 3 thang ño ( 0- 300; 0- 600; 0 – 1200v/ph)
3.2. Phöông phaùp TN:
3.2.1. Ño coâng coâng suaát khuaáy:
Coâng suaát khuaáy P ñöôïc tính baèng coâng thöùc:
P 2.r.F.N
(10)
Trong ñoù: r = 5 inch laø khoaûng caùch töø vò trò gaén loø xo ñeán truïc ñoäng cô; F-löïc ma
saùt giöõa chaát loûng vaø caùnh khuaáy, N- soá voøng quay caùnh khuaáy
3.2.2. Vaän toác khuaáy N:
Ñoïc treân vaän toác keá (v/ph)
5
3.3. Noäi dung TN
(1) Choïn löu chaát daàu hay laø nhôùt ñeå tieán haønh TN
(2) Choïn caùnh khuaáy turbine (CT2 hay CT3) hay caùnh khuaáy chaân vòt CP2 laép vaøo
truïc khuaáy
(3) Ñốâi vôùi nhôùt ñieàu chænh toác ñoä khuaáy laø 200, 400, 600, 800, 1000 voøng/phuùt.
Coøn ñoái vôùi daàu thì choïn toác ñoä khuaáy laø 50, 400, 700, 900, 1100 voøng/phuùt
* Chuù yù khi tieán haønh TN :
• Khoâng neân chaïy maùy quaù 1100voøng/phuùt maùy seõ rung, nguy hieåm
• Khi ñoïc vaän toác luoân thöû ñeå vaän toác keá ôû thang 0 -1200 rpm tröôùc. Neáu thaáy chöa
ñuû chính xaùc thì môùi giaûm xuoáng thang ño nhoû hôn . Traùnh ñeå kim chæ nhaûy quaù
möùc toái ña cuûa thang ño.
• Moãi khi baät taét ñoäng cô hay thay ñoåi vaän toác khuaáy, phaûi duøng tay giöõ ñoäng cô
cho löïc ban ñaàu khoâng laøm ñoäng cô xoay maïnh seõ gaây va chaïm vaø laøm hö maùy.
• Khi thaùo laép caùnh khuaáy , truïc … khoâng ñeå rôi xuoáng laøm vôõ bình.
• Tröôùc khi duøng löïc keá phaûi chænh veà 0 khi ñoäng cô quay .
• Khi quay hoäp soá ñeå ñieàu cheá vaän toäc, phaûi thaùo rôøi loø xo khoûi ñoäng cô.
4. KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM:
4.1. Soá lieäu thoâ
Daàu
CT2
Nhôùt
CT3
CT2
Khoân
g coù
taám
CP2
Khoân
g coù
taám
Vaän toác
(v/ph)
Vaän toác
(voøng/ph)
Khoân
Khoân
Coù
taám
chaën
Coù
taám
chaën
Coù
taám
chaën
Coù
taám
chaën
g coù
taám
g coù
taám
chaën
chaën
chaën
chaën
50
400
700
900
1100
0.067 0.081
0.081 0.095
0.091 0.113
0.107 0.142
0.112 0.187
200
400
600
800
1000
0.041 0.052 0.059 0.061 0.061 0.064
0.057 0.061 0.075 0.078 0.065 0.071
0.082 0.087 0.082 0.085 0.077 0.075
0.117 0.119 0.090 0.101 0.087 0.087
0.141 0.156 0.112 0.121 0.098 0.098
4.2. Xaây döïng giaûn ñoà Coâng suaát khuaáy – Vaän toác khuaáy cho boàn nhôùt 50m3 ñoàng daïng
boàn nhôùt thí nghieäm:
Ñöôøng kính boàn nhôùt thöïc teá: D = 4.572m
Choïn loaïi caùnh khuaáy maùi cheøo ñoàng daïng vôùi caùnh khuaáy CT2 coù ñöôøng kính
d = 1.2195 m
N-
TN(v/s)
N(v/s)-
thieát keá
N- TN
( v/ph)
Re
Np
P(W)
6
300
400
500
600
700
5.00
6.67
8.33
10.00
11.67
263.689
351.586
439.482
527.379
615.275
0.0189
0.0252
0.0315
0.0378
0.0441
10.730
17.543
30.536
49.710
75.065
0.1668
0.6464
2.1977
6.1823
14.8245
4.3. Ñoà thò
Np theo Re
Dau-CT2
250.000
200.000
150.000
100.000
50.000
khong co
tam chan
co tam chan
0.000
0
500
1000
1500
2000
Re
7
Np theo Re
Nhot-CT3
25.000
20.000
15.000
10.000
5.000
khong co tam
chan
co tam chan
0.000
0.000
200.000
400.000
600.000
800.000
Re
8
Np theo Re
Nhot-CP2
12.000
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
0.000
khong co tam
chan
co tam chan
0.000
500.000
1000.000
Re
P-N
16.0000
14.0000
12.0000
10.0000
8.0000
6.0000
4.0000
2.0000
0.0000
P-N
0.0000
0.0100
0.0200
0.0300
0.0400
0.0500
N(v/s)
5. BAØN LUAÄN:
5.1. AÛnh höôûng cuûa taám chaën ñeán coâng suaát khuaáy:
- Trong caùc thí nghieäm, ta luoân thaáy vôùi cuøng moät vaän toác khuaáy, tröôøng hôïp laép taám
chaën seõ coù chuaån soá coâng suaát (hay coâng suaát) khuaáy cao hôn so vôùi khoâng laép taám chaën.
- Laép taám chaën seõ laøm taêng trôû löïc caûn trôû doøng chaûy xoaùy troøn cuûa chaát loûng trong boàn
khuaáy. Töø ñoù laøm taêng löïc ma saùt cuûa doøng chaûy. Trong tröôøng hôïp coù taám chaën neáu duøng
moät coâng suaát baèng vôùi tröôøng hôïp khoâng laép taám chaën thì do trôû löïc doøng chaûy ñoù, vaän toác
khuaáy seõ ñaït giaù trò thaáp hôn. Vì vaäy, ñeå ñaûm baûo ñöôïc vaän toác khuaáy caàn thieát, ta phaûi cung
9
caáp moät coâng suaát lôùn hôn tröôøng hôïp khoâng laép taám chaën.Tuy nhieân, khi laép taám chaën seõ
ngaên caûn ñöôïc söï hình thaønh xoaùy pheãu, laøm taêng hieäu suaát khuaáy, beân caïnh ñoù coâng suaát
khuaáy cuõng taêng do trôû löïc caûn cuûa taám chaën leân söï khuaáy taêng.
Tuy nhieân, ôû các ñoà thò , khi vaän toác khuaáy ñaït ñeán moät giaù trò naøo ñoù thì chuaån soá coâng
suaát ôû hai tröôøng hôïp laïi tieán veà gaàn baèng nhau. Coù veû nhö keát quaû treân hoaøn toaøn ngöôïc laïi
so vôùi hai giaûn ñoà trong saùch höôùng daãn thí nghieäm. Nguyeân nhaân coù theå do thieát bò: khi quay
laâu trong nhôùt (daàu) do coù ñoä nhôùt cao neân khi heä thoáng khuaáy hoaït ñoäng laâu seõ laøm loûng
khôùp noái caùnh khuaáy vôùi truïc khuaáy. Ñieàu naøy laøm cho vieäc ño löïc khoù khaên hôn, soá lieäu thu
nhaän ñöôïc töø löïc keá khoâng coøn tính chính xaùc nöõa. Ngoaøi ra, heä thoáng goàm: ñoäng cô, hoäp soá
ñöôïc ñôõ treân oå bi, khi heä thoáng hoaït ñoäng khoâng ngöøng dao ñoäng soá ño löïc keá dao ñoäng
lieân tuïc khoù xaùc ñònh chính xaùc giaù trò vaø sai soá do khoâng keå ñeán ma saùt trong oå bi ñôõ ñoäng
cô (choáng laïi ma saùt giöõa caùnh khuaáy vaø chaát loûng laøm sai keát quaû ño löïc).
5.2. Söï tieâu thuï naêng löôïng cuûa töøng loaïi caùnh khuaáy
Vôùi cuøng moät loaïi caùnh khuaáy vaø cuøng ñieàu kieän thí nghieäm veà caùc thoâng soá khaùc,
ñöôøng kính caùnh khuaáy caøng lôùn thì naêng löôïng tieâu thuï caøng lôùn.
Trong tröôøng hôïp ñoù, naêng löôïng tieâu thuï phuï thuoäc vaøo tieát dieän vuoâng goùc vôùi vaän
toác daøi cuûa caùnh khuaáy. Tieát dieän caøng lôùn, löïc caûn cuûa chaát loûng leân caùnh khuaáy caøng
lôùnnaêng löôïng tieâu hao ñeå thaéng löïc caûn ñoù caøng lôùn.
Löïc caûn naøy ñöôïc bieåu dieãn bôûi phöông trình cuûa Newton :
dv
P .A.
dy
Trong ñoù :
• P : Löïc caûn (N).
• : Heä soá nhôùt ñoäng löïc hoïc (N.s/m2).
• A : Tieát dieän vuoâng goùc vôùi vaän toác doøng chaûy.
• dv/dy : Gradient vaän toác löu chaát theo phöông vuoâng goùc doøng chaûy.
Trong thí nghieäm, ta thaáy
-N=200, 400 voøng/phuùt, caùnh khuaáy CT2 tieâu thuï naêng löôïng nhỏ hơn caùnh khuaáy CT3,
tuy nhiên ở 3 vận tốc cánh khuấy còn lại, cánh khuấy CT2 tieâu thuï naêng löôïng lớn hơn caùnh
khuaáy CT3, theå hieän ôû choã coâng suaát khuaáy. Vì: caùnh khuaáy CT2 coù ñöôøng kính 3 inch, caùnh
khuaáy CT3 coù ñöôøng kính 2.5 inch dieän tích beà maët vuoâng goùc vaän toác daøi caùnh khuaáy cuûa
caùnh khuaáy CT2 lôùn hôn. Tuy vậy ở hai mức vận tốc đầu không phù hợp với lý thuyết do ảnh
hưởng của sai số trong quá trình thì nghiệm.
- Caùnh khuaáy CP2, tuy coù ñöôøng kính baèng vôùi caùnh khuaáy CT2, tuy nhieân caáu taïo cuûa
noù coù daïng chong choùng, phaàn tieát dieän vuoâng goùc vôùi vaän toác daøi cuûa noù beù hôn caû caùnh
10
khuaáy CT vì theá noù tieâu thuï naêng löôïng thaáp nhaát. Coù moät ñieåm caàn löu yù laø do caáu taïo nhö
chong choùng, caùnh khuaáy CP2 seõ laøm taêng löïc ñaåy theo chieàu truïc, vì vaäy noù seõ taêng cöôøng
khuaáy troän doïc.
5.3. Tại sao lại chọn khoaûng caùch giöõa caùc vaän toác trong tröôøng hôïp khuaáy daàu lôùn hôn
khuaáy nhôùt:
Trong cuoán höôùng daãn thí nghieäm : vôùi nhôùt coù theå choïn vaän toác 200, 400, 600, 800 vaø
1000 voøng/phuùt; vôùi daàu coù theå choïn 50, 400, 700, 900, 1100 voøng/phuùt.
Do ñoä nhôùt cuûa daàu nhoû hôn nhieàu so vôùi nhôùt, chæ gaàn baèng phaân nöõa. Vì vaäy löïc ma
saùt ño ñöôïc khi khuaáy daàu seõ nhoû hôn khi khuaáy nhôùt. Neáu laáy khoaûng vaän toác khuaáy hai chaát
loûng gioáng nhau thì khoaûng caùch giöõa caùc löïc ño ñöôïc khi khuaáy daàu seõ nhoûkhoù phaân bieät.
Vì vaäy, khoaûng caùch vaän toác cuûa thí nghieäm khuaáy daàu phaûi lôùn hôn thí nghieäm khuaáy nhôùt
ñeå taêng khoaûng caùch caùc löïc ma saùt ño ñöôïcdeã ñoïc giaù trò treân löïc keá.
5.4. Trong tröôøng hôïp naøo thì coù xoaùy pheãu ? Xoaùy pheãu coù lôïi hay khoâng. Coù nhöõng
phöông aùn naøo laøm maát xoaùy pheãu ? Beà maët cuûa xoaùy pheãu loõm xuoáng hay loài leân? Taïi sao?
Xoaùy pheãu xuaát hieän khi löïc ly taâm ñuû lôùn, vaän toác xoay cuûa doøng löu chaát lôùn seõ taïo ra
moät tröôøng löïc caân baèng vôùi troïng löïc chaát loûng laøm cho beà maët phaàn chaát loûng phaân boá theo
daïng cong loõm. Daïng cong loõm cuûa xoaùy ñöôïc giaûi thích theo 2 caùch:
+ Theo giaûi tích:
Maët thoaùng chaát loûng trong thieát bò laø maët cong ñöôïc bieåu dieãn bôûi phöông trình:
dz0 vt2
dr
rg
B.N 2 .d 2
2g
Trong ñoù: z0 – laø ñoä saâu cuûa pheãu, z0 = h1 + h2; z0
B- tham soá phuï thuoäc vaøo thoâng soá phaân boá toác ñoä,1 B = f(
) ñöôïc
bieãu dieãn treân ñoà thò.
h1-khoaûng caùch töø möïc chaát loûng ban ñaàu ñeán ñeán ñaùy cuûa loõm xoaùy,m
h2- möïc chaát loûng daâng leân ôû thaønh thieát bò,m
Roõ raøng laáy tích phaân cuûa phöông trình treân thì z0 = - f(vt , r, g, …) < 0, do vaäy beà maët cuûa
loõm xoaùy (daïng parabol) seõ loõm xuoáng.
+ Theo baûn chaát: löïc ly taâm coù xu höôùng ñem caùc phaàn töû chaát loûng töø taâm ra ngoaøi.
Ñeán thaønh bình, chuùng bò caûn laïi vaø öù ñoïng taïi ñoù. Vì vaäy maät ñoä caùc phaàn töû chaát loûng ôû taâm
bình seõ ít hôn ôû ngoaøi thaønh bình vì vaäy seõ xuaát hieän daïng loõm (do thieáu chaát loûng ôû taâm bình
khuaáy).
11
Caùnh khuaáy chaân vòt coù taùc duïng taêng cöôøng khuaáy troän doïc neân seõ ít taïo xoaùy pheãu
Thöôøng thì xoaùy pheãu khoâng coù lôïi, vì treân beà maët chaát loûng seõ xuaát hieän nhieàu choã
hôn.
xoaùy lôùn vaø söï chuyeån ñoäng cuûa chaát loûng trong loøng ñoâi khi bò haïn cheá do söï maát maùt naêng
löôïng nhieàu vaø söï taïo boït trong khi khuaáy. Hôn nöõa, xoaùy pheãu hình thaønh vaø toàn taïi laøm
giaûm löïc khuaáy troän ,ñoâi khi coøn coù taùc duïng ngöôïc laïi laøm xuaát hieän khaû naêng phaân li laøm
giaûm hieäu quaû cuûa quaù trình khuaáy. Do vaäy thöïc teá ngöôøi ta thöôøng traùnh khaû naêng taïo xoaùy
pheãu baèng caùc phöông aùn sau:
+ Ñaët leänh taâm caùnh khuaáy vaøo beå ( thuøng) khuaáy: ñaët nghieâng hay ñaët naèm ngang
+ Gheùp thanh chaën trong thuøng khuaáy: Gheùp thanh chaën ôû thaønh thuøng, duøng voøng caûn,
thanh roái doøng, caùc oáng thaúng ñöùng ñaët trong thuøng, caùc voøng oáng …
Tuy nhieân, vieäc ñaët leäch taâm caùnh khuaáy vaø gheùp thanh chaën trong thuøng chaén seõ xuaát
hieän theâm trôû löïc cuïc boä vaø xuaát hieän vuøng tuø ñeå giaûm thæu vuøng tuø ta phaûi taêng vaän toác
khuaáy troän.
5.5. Nhaän xeùt möùc ñoä tin caäy cuûa phöông phaùp ñoàng daïng.Phaân tích tröôøng hôïp boàn
“50m3” ôû treân:
Phöông phaùp ñoàng daïng laø phöông phaùp ñöôïc öùng duïng nhieàu trong nghieân cöùu vaø thieát keá
caùc heä thoáng. Nhö ñaõ ñeà caäp ôû phaàn lyù thuyeát, hai quaù trình ñöôïc goïi laø ñoàng daïng phaûi thoûa:
• Ñoàng daïng hình hoïc.
• Ñoàng daïng ñoäng hoïc.
• Ñoàng daïng ñoäng löïc hoïc.
Moâ hình ñoàng daïng hoaøn toaøn ñoøi hoûi taát caû caùc chuaån soá voâ thöù nguyeân töông öùng
baèng nhau.
Tuy nhieân, khi aùp duïng moâ hình ñoàng daïng cuûa moâ hình thí nghieäm vaøo moâ hình saûn
xuaát coâng nghieäp seõ khoù traùnh khoûi nhöõng sai khaùc veà moät soá thoâng soá kó thuaät. Vì vaäy, ñeå coù
theå aùp duïng nhöõng nghieân cöùu trong phoøng thí nghieäm vaøo thöïc teá thöôøng ngöôøi ta seõ theâm 1
hay 1 vaøi thoâng soá hieäu chænh.
Möùc ñoä tin caäy cuûa phöông phaùp ñoàng daïng laø coù theå chaáp nhaän ñöôïc trong khi chöa
coù moät moâ hình giaûi tích chính xaùc ñeå tính toaùn caùc heä thoáng thöïc.
Trong moâ hình saûn xuaát coâng nghieäp, yeâu caàu naêng suaát ñöôïc ñaët leân haøng ñaàu vaø
coâng suaát khuaáy troän lôùn hôn raát nhieàu so vôùi thí nghieäm. Theo thí nghieäm treân Re cuûa chaát
loûng laø <1000 raát nhoû so vôùi thöïc teá. Vì vaäy, ñeå coù theå tính toaùn cho heä thoáng thöïc nghieäm
yeâu caàu ta phaûi laøm thí nghieäm ôû ñieàu kieän coù Re cao hôn raát nhieàu so vôùi thí nghieäm ( vaän
toác khuaáy troän lôùn).
12
5.6. Chuyeån giao giaûn ñoà
Sau khi xaây döïng thaønh coâng boàn chöùa 50m3, ñieàu ñaàu tieân phaûi laøm ñoù laø laøm thöïc
nghieäm vaø laäp neân giaûn ñoà NP – Re. Sau ñoù ñoái chieáu vôùi giaûn ñoà thí nghieäm lí thuyeát. Töø ñoù
xaùc ñònh caùc heä soá hieäu chænh. Sau khi ñaõ laøm xong nhöõng böôùc ñoù, ta ñaõ coù moät giaûn ñoà hoaøn
chænh vaø coù theå duøng giaûn ñoà ñoù ñeå tính toaùn cho caùc thieát bò coù dung tích lôùn hôn döïa treân
giaûn ñoà hoaøn chænh. Vaø giaûn ñoà ñaõ laäp ñöôïc coù theå aùp duïng ñeå thieát keá caùc thieát bò coâng
nghieäp vaø ñöa vaøo saûn xuaát theo qui moâ coâng nghieäp. Vì vậy đưa cho kỹ sư vận hành giản đồ
công suất theo vaän toác. Kỹ sư vận hành chỉ quan tâm tới tổn hao năng lượng cho quá trình khuấy,
không quan tâm tới chế độ thủy động lực học của bồn
6. PHUÏ LUÏC
* Caùc thoâng soá caàn thieát:
-
-
-
Ñöôøng kính bình nhôùt vaø daàu laàn löôït : DN = 25cm, Dd = 29.5cm
Ñöôøng kính caùnh khuaáy: CT2 : d = 0.075cm; CT3 : d = 0.065cm ; CP2 : d = 0.075cm
Khoái löôïng rieâng cuûa nhôùt vaø daàu laàn löôït laø:
N 852,15kg / m3 d 811,75kg / m3
,
-
Ñoä nhôùt cuûa nhôùt vaø daàu laàn löôït laø:
N 90,89cP 0.09089Pa.s
d 51,84cP 0.05184Pa.s
-
-
-
Chieàu cao möïc chaát loûng: nhôùt :HN = 23.7cm; daàu : Hd= 26cm
Chieàu cao möïc chaát loûng töø ñaùy bình ñeán caùnh khuaáy : ZN = 10 cm;
Beà daøy taám chaën: 3mm, beà ngang taám chaën : b = 2.5 cm.
* Tính toaùn caùc giaù trò:
N(v / ph)
N(v / s)
60
F(N) F(lbf ) 4.45
P
Np
N 3d 5
d2N
Re
P 2.r.F.N
*Tính toaùn tröôøng hôïp boàn nhôùt thöïc teá 50m3:
D2
4
- Theå tích boàn nhôùt thí nghieäm: VTN
H 0.01163m3
VTT
3
- Tæ soá ñoàng daïng hình hoïc: l
16.26
VTN
Vôùi VTT = 50m3
Ñöôøng kính boàn nhôùt thöïc teá: DTT D l = 4.065m
13
-
Ñöôøng kính caùnh khuaáy thöïc teá: dTT d l 1.2195m
-
-
Choïn giaù trò N(v/s) sao cho giaù trò Re (tính theo dTT ) giaù trò Re (tính theo d)
Töø giaûn ñoà Np – Re cuûa caùnh khuaáy CT2 tröôøng hôïp khuaáy nhôùt, tra giaù trò Np cho
tröôøng hôïp thöïc teá.
-
Tính coâng suaát khuaáy thöïc teá: P NpN 3dT5T
TT
7. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
[1].Taäp theå Taùc giaû boä moân Maùy & Thieát bò – Khoa Coâng ngheä Hoùa hoïc & Daàu khí –
Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch khoa –Ñaïi hoïc Quoác gia Tp.Hoà Chí Minh, “ Thí nghieäm Quaù trình &
Thieát bò”,9/2003.
[2]. Taäp theå taùc giaû, “ Soå tay Quaù trình & Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – taäp 1”,Nhaø xuaát
baûn Khoa hoïc & Kyõ thuaät Haø Noäi,1992.
[3]. Nguyeãn vaên Luïa, “Quaù trình & Thieát bò Coâng ngheä Hoùa hoïc & Thöïc phaåm – taäp 1 – Caùc
Quaù trình & Thieát bò Cô hoïc – quyeån 1- Khuaáy Laéng Loïc”,NXB –Ñaïi hoïc Quoác gia Tp. Hoà
Chí Minh, 2001.
[4]. Coulson and Richardson, “Chemical engineering”, Vol 1, Butterworth and Heinemann,
1999
14
14 trang
19380
Free
Bạn đang xem tài liệu "Báo cáo Thí nghiệm 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_qua_trinh_thiet_bi_khuay_chat_long.docx
Khuất chất lỏng.xlsx
