Phúc trình thí nghiệm quá trình thiết bị bài cột CHÊM

Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Kỹ thuật Hóa học BỘ MƠN Q TRÌNH & THIẾT BỊ Phúc trình thí nghiệm Q trình & Thiết bị Bài: CỘT CHÊM Năm học 2021 – 2022 I KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THƠ G L=0 L=0.2 L=0.4 L=0.6 L=0.8 Pư Pư Pư L=1 (%) Pck Pư 10 10 10 13 12 10 16 20 23 20 13 15 15 15 12 15 15 55 53 30 15 16 25 28 43 36 76 40 19 25 25 44 64 75 71 50 27 35 54 77 117 140 140 60 33 45 86 151 170 70 50 65 126 192 80 64 87 176 90 78 105 245 Pư L=1.2 Pư L=1.4 Pư L=1.6 L=1.8 Pư Pư II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Thí nghiệm cột khơ a Các thơng số, cơng thức tính tốn  Tính fck cơng thức f ck= 3.8 ℜck 0.2  Tính Reck cơng thức ℜck= 4G aμ Trong  độ nhớt dịng khí, kg/m.s  Lưu lượng khí: G ( ) G % × ρk × 0.286 kg = 60 × F m s Với k khối lượng riêng dịng khí 25oC F tiết diện cột chêm, tính cơng thức π d π × 0.092 F= = =0.0064(m¿¿ 2)¿ 4 b Các trị số kết cột khô G Pck Pck Pck/Z (kg/m2.s) (mmH2O) (N/m2) (N/m) 10 0.0873 49.05 20 0.1746 30 0.2619 40 G% fck Reck logG Log(Pck/Z) Logfck 81.75 13.413 49.791 -1.059 1.912 1.13 68.67 114.45 4.695 99.583 -0.758 2.059 0.67 68.67 114.45 2.086 149.374 -0.582 2.059 0.32 0.3492 19 186.39 310.65 3.186 199.166 -0.457 2.492 0.50 50 0.4365 27 264.87 441.45 2.897 248.957 -0.360 2.645 0.46 60 0.5237 33 323.73 539.55 2.459 298.749 -0.281 2.732 0.39 70 0.6110 50 490.5 817.50 2.737 348.540 -0.214 2.912 0.44 80 0.6983 64 627.84 1046.40 2.683 398.331 -0.156 3.020 0.43 90 0.7856 78 765.18 1275.30 2.583 448.123 -0.105 3.106 0.41 c Đồ thị Log(DPck/Z) theo LogG 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 0.500 -1.200 -1.000 -0.800 -0.600 -0.400 -0.200 0.000 0.000 Log(f) theo Log(Re) L=0 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400 2.600 2.800 Thí nghiệm cột ướt a Các thơng số, cơng thức tính tốn  Tính fcư công thức f cư =σ f ck Trong  tính cơng thức ∆ Pcư =σ ∆ Pck  Tính ReL cơng thức ℜL = GL Fa μL Trong L độ nhớt dịng khí, kg/m.s  Lưu lượng lỏng L × ρ × 4.586 ( kgs )= L(GPM) 60 ×1000 L Với L khối lượng riêng dòng lỏng 25oC b Các trị số kết cột ướt L = 0.2 G Pcư Pcư Pcư/Z (kg/m2.s) (mmH2O) (N/m2) (N/m) 10 0.0873 10 98.10 163.50 20 0.1746 13 127.53 30 0.2619 15 40 0.3492 25 G%  Recư fcư logG Log(Pcư/Z) Logfcư 40.328 26.83 -1.059 2.21 1.429 212.55 1.86 40.328 8.72 -0.758 2.33 0.940 147.15 245.25 2.14 40.328 4.47 -0.582 2.39 0.650 245.25 408.75 1.32 40.328 4.19 -0.457 2.61 0.622 50 0.4365 35 343.35 572.25 1.30 40.328 3.76 -0.360 2.76 0.575 60 0.5237 45 441.45 735.75 1.36 40.328 3.35 -0.281 2.87 0.525 70 0.6110 65 637.65 1062.75 1.30 40.328 3.56 -0.214 3.03 0.551 80 0.6983 87 853.47 1422.45 1.36 40.328 3.65 -0.156 3.15 0.562 90 0.7856 105 1030.05 1716.75 1.35 40.328 3.48 -0.105 3.23 0.541 Đồ thị Log(Dpcu) theo G L=0.2 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 0.9000 Log(f) theo Log(Re) L=0.2 1.600 1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 L = 0.4 G Pcư Pcư Pcư/Z (kg/m2.s) (mmH2O) (N/m2) (N/m) 10 0.0873 10 98.1 163.5 20 0.1746 15 147.15 30 0.2619 16 40 0.3492 50 G%  Recư fcư logG Log(Pcư/Z) Logfcư 80.587 26.83 -1.059 2.214 1.429 245.25 2.14 80.587 10.06 -0.758 2.390 1.003 156.96 261.6 2.29 80.587 4.77 -0.582 2.418 0.678 25 245.25 408.75 1.32 80.587 4.19 -0.457 2.611 0.622 0.4365 54 529.74 882.9 2.00 80.587 5.79 -0.360 2.946 0.763 60 0.5237 86 843.66 1406.1 2.61 80.587 6.41 -0.281 3.148 0.807 70 0.6110 126 1236.06 2060.1 2.52 80.587 6.90 -0.214 3.314 0.839 80 0.6983 176 1726.56 2877.6 2.75 80.587 7.38 -0.156 3.459 0.868 90 0.7856 245 2403.45 4005.75 3.14 80.587 8.11 -0.105 3.603 0.909 Đồ thị Log(Dpcu) theo G L=0.4 4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 0.500 0.000 0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 0.9000 Log(f) theo Log(Re) L=0.4 1.600 1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 L = 0.6 G Pcư Pcư Pcư/Z (kg/m2.s) (mmH2O) (N/m2) (N/m) 10 0.0873 13 127.53 20 0.1746 15 30 0.2619 40 G%  Recư 212.55 2.6 120.98 147.15 245.25 2.14 logG Log(Pcư/Z) Logfcư -1.059 2.33 1.54 -0.758 2.39 1.00 25 245.25 408.75 3.57 120.98 7.45 -0.582 2.61 0.87 0.3492 44 431.64 719.4 2.32 120.98 7.38 -0.457 2.86 0.87 50 0.4365 77 755.37 1258.95 2.85 120.98 8.26 -0.360 3.10 0.92 60 0.5237 151 1481.31 2468.85 4.58 120.98 11.2 -0.281 3.39 1.05 70 0.6110 192 1883.52 3139.2 3.84 -0.214 3.50 1.02 120.98 fcư 34.8 10.0 120.98 10.5 Đồ thị Log(Dpcu) theo G L=0.6 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 Log(f) theo Log(Re) L=0.6 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 Pcư Pcư Pcư/Z (kg/m s) (mmH2O) (N/m ) (N/m) 10 0.0873 49.05 81.75 20 0.1746 15 147.15 245.25 2.14 161.31 30 0.2619 28 274.68 457.8 40 0.3492 64 627.84 1046.4 2.60 2.80 L = 0.8 G% G logG Log(Pcư/Z) Logfcư -1.059 1.91 1.13 10.06 -0.758 2.39 1.00 4.00 161.31 8.35 -0.582 2.66 0.92 3.37 161.31 10.73 -0.457 3.02 1.03  Recư fcư 161.31 13.41 50 0.4365 117 1147.77 1912.95 4.33 161.31 12.55 -0.360 3.28 1.10 60 0.5237 170 1667.7 2779.5 5.15 161.31 12.67 -0.281 3.44 1.10 Đồ thị Log(Dpcu) theo G L=0.8 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500 0.3000 0.3500 0.4000 0.4500 0.5000 0.5500 Log(f) theo Log(Re) L=0.8 1.600 1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 L=1 G Pcư Pcư Pcư/Z (kg/m2.s) (mmH2O) (N/m2) (N/m) 10 0.0873 12 117.72 20 0.1746 12 117.72 G%  Recư fcư logG Log(Pcư/Z) Logfcư 196.2 2.4 201.64 32.19 -1.059 2.29 1.51 196.2 1.71 201.64 8.05 -0.758 2.29 0.91 30 0.2619 43 421.83 703.05 6.14 201.64 12.82 -0.582 2.85 1.11 40 0.3492 75 735.75 1226.25 3.95 201.64 12.57 -0.457 3.09 1.10 50 0.4365 140 1373.4 2289 5.19 201.64 15.02 -0.360 3.36 1.18 Đồ thị Log(Dpcu) theo G L=1 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500 0.3000 0.3500 0.4000 0.4500 0.5000 Log(f) theo Log(Re) L=1 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 L = 1.2 G Pcư Pcư Pcư/Z (kg/m2.s) (mmH2O) (N/m2) (N/m) 10 0.0873 10 98.1 163.5 20 0.1746 15 147.15 30 0.2619 36 40 0.3492 50 0.4365 G%  Recư fcư logG Log(Pcư/Z) Logfcư 241.97 26.83 -1.059 2.21 1.43 245.25 2.14 241.97 10.06 -0.758 2.39 1.00 353.16 588.6 5.14 241.97 10.73 -0.582 2.77 1.03 71 696.51 1160.85 3.74 241.97 11.90 -0.457 3.06 1.08 140 1373.4 2289 5.19 241.97 15.02 -0.360 3.36 1.18 Đồ thị Log(Dpcu) theo G L=1.2 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500 0.3000 0.3500 0.4000 0.4500 0.5000 Log(f) theo Log(Re) L=1.2 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 10 L = 1.4 G Pcư Pcư Pcư/Z (kg/m s) (mmH2O) (N/m ) (N/m) 10 0.0873 16 156.96 20 0.1746 15 30 0.2619 76 G%  Recư fcư logG Log(Pcư/Z) Logfcư 261.6 3.2 282.29 42.92 -1.059 2.418 1.63 147.15 245.25 2.14 282.29 10.06 -0.758 2.390 1.00 745.56 1242.6 10.86 282.29 22.65 -0.582 3.094 1.36 Đồ thị Log(Dpcu) theo G L=1.4 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 0.500 0.000 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500 0.3000 Log(f) theo Log(Re) L=1.4 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 2.30 11 L = 1.6 G Pcư Pcư Pcư/Z (kg/m2.s) (mmH2O) (N/m2) (N/m) 10 0.0873 20 196.2 327 20 0.1746 55 539.55 899.25 7.86 G%  Recư fcư logG Log(Pcư/Z) Logfcư 322.62 53.65 -1.059 2.51 1.73 322.62 36.89 -0.758 2.95 1.57 Đồ thị Log(Dpcu) theo G L=1.6 3.00 2.90 2.80 2.70 2.60 2.50 2.40 2.30 2.20 0.0800 0.0900 0.1000 0.1100 0.1200 0.1300 0.1400 0.1500 0.1600 0.1700 0.1800 Log(f) theo Log(Re) L=1.6 1.75 1.70 1.65 1.60 1.55 1.50 1.45 1.65 1.70 1.75 1.80 1.85 1.90 1.95 2.00 2.05 12 L = 1.8 G Pcư Pcư Pcư/Z (kg/m2.s) (mmH2O) (N/m2) (N/m) 10 0.0873 23 225.63 20 0.1746 53 519.93 G%  Recư fcư logG Log(Pcư/Z) Logfcư 376.05 4.6 362.95 61.70 -1.059 2.58 1.79 866.55 7.57 362.95 35.54 -0.758 2.94 1.55 Đồ thị Log(Dpcu) theo G L=1.8 3.00 2.90 2.80 2.70 2.60 2.50 2.40 2.30 0.0800 0.0900 0.1000 0.1100 0.1200 0.1300 0.1400 0.1500 0.1600 0.1700 0.1800 Log(f) theo Log(Re) L=1.8 1.85 1.80 1.75 1.70 1.65 1.60 1.55 1.50 1.45 1.40 1.65 1.70 1.75 1.80 1.85 1.90 1.95 2.00 2.05 Các trị số kết cột lụt a Các thông số, công thức tính tốn 13 Bảng kết L L G* (%) 0.6 70 0.038 0.062 0.8 60 0.050 50 1.2 G* V (m/s) 1 2 log1 log2 0.611 0.524 0.033 0.002 -1.475 -2.676 0.096 0.5237 0.450 0.016 0.003 -1.797 -2.484 0.063 0.144 0.4365 0.375 0.010 0.005 -1.991 -2.308 50 0.075 0.173 0.4365 0.375 0.016 0.006 -1.807 -2.229 1.4 30 0.088 0.336 0.2619 0.225 0.039 0.011 -1.405 -1.940 1.6 20 0.100 0.576 0.1746 0.150 0.075 0.020 -1.124 -1.706 1.8 20 0.113 0.648 0.1746 0.150 0.084 0.022 -1.077 -1.655 (kg/s) L/G* (kg/s.m2) b Đồ thị Log1 theo Log2 -2.800 -2.600 -2.400 -2.200 -2.000 -1.800 0.000 -1.600 -0.500 -1.000 -1.500 -2.000 -2.500 Các kết quả, hệ thức thực nghiệm 14 Log() theo L 1.20 G=10% Linear ( G=10%) G=20% Linear (G=20%) G=30% Linear (G=30%) G=40% Linear (G=40%) Linear (G=40%) G=50% Linear (G=50%) Linear (G=50%) 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.2 0.4 0.6 0.8 Mối liên hệ Log(Pck/Z) theo LogG 1.2 1.4 1.6 1.8 Kết thực nghiệm y = 1.3576x + 3.1476 Log(Pcư/Z) theo G L=0.2 y = -0.0988x2 + 1.6309x + 2.0432 Log(Pcư/Z) theo G L=0.4 y = 0.158x2 + 1.9803x + 1.9978 Log(Pcư/Z) theo G L=0.6 y = 0.8736x2 + 1.8458x + 2.1045 Log(Pcư/Z) theo G L=0.8 y = -3.7744x2 + 5.8062x + 1.447 Log(Pcư/Z) theo G L=1 y = 2.1508x2 + 2.2299x + 2.0119 Log(Pcư/Z) theo G L=1.2 y = 1.4277x2 + 2.6517x + 1.9454 Log(Pcư/Z) theo G L=1.4 y = 48.083x2 - 12.913x + 3.1784 Log(Pcư/Z) theo G L=1.6 y = 5.033x + 2.0752 Log(Pcư/Z) theo G L=1.8 y = 4.1533x + 2.2127 Log(fck) theo Log(Rec) y = 1.3414x2 - 6.5219x + 8.3211 Log(fcư) theo Log(Rec) L=0.2 y = 1.2892x2 - 6.5255x + 8.7962 Log(fcư) theo Log(Rec) L=0.4 y = 1.9491x2 - 9.0165x + 11.138 Log(fcư) theo Log(Rec) L=0.6 y = 2.2337x2 - 10.029x + 12.127 Log(fcư) theo Log(Rec) L=0.8 y = 1.9491x2 - 9.0165x + 11.138 Log(fcư) theo Log(Rec) L=1 y = 2.9641x2 - 12.509x + 14.175 Log(fcư) theo Log(Rec) L=1.2 y = 2.4455x2 - 10.35x + 11.946 Log(fcư) theo Log(Rec) L=1.4 y = 8.583x2 - 33.81x + 34.292 Log(fcư) theo Log(Rec) L=1.6 y = -0.5406x + 2.647 Log(fcư) theo Log(Rec) L=1.8 y = -0.7956x + 3.1406 15 Log() theo L G=10% y = 0.2359x + 0.1494 Log() theo L G=20% y = 0.3445x + 0.0924 Log() theo L G=30% y = 0.5454x + 0.1894 Log() theo L G=40% y = 0.5515x - 0.0028 Log() theo L G=50% y = 0.6333x + 0.0459 III BÀN LUẬN Nhận xét kết thí nghiệm thơ Theo bảng kết thí nghiệm thơ, ta thấy độ giảm áp cột khô nhỏ độ giảm áp cột ướt Ta thấy tăng lưu lượng dòng lỏng lên tăng vọt độ giảm áp lại nhanh:  Ở L=0.6, độ giảm áp tăng vọt G = 70%  Ở L=0.8, độ giảm áp tăng vọt G = 60%  Ở L=1, độ giảm áp tăng vọt G = 50%  Ở L=1.2, độ giảm áp tăng vọt G = 50%  Ở L=1.4, độ giảm áp tăng vọt G = 30%  Ở L=1.6, độ giảm áp tăng vọt G = 20%  Ở L=1.8, độ giảm áp tăng vọt G = 20% → Lưu lượng lỏng lớn cột nhanh bị ngập lụt Ảnh hưởng G lên độ giảm áp cột khô cột ướt Theo lý thuyết, cột khô, q trình túy dịng khí vượt qua hệ thống chêm xếp ngẫu nhiên bị trở lực Do đó, độ giảm áp đơn vị chiều cao cột phụ thuộc tuyến tính vào lưu lượng dịng khí Tuy nhiên, thí nghiệm ta thấy đồ thị Log(Pck/Z) theo LogG có hệ số tương quan thấp (R=0.9017) nên đồ thị nhiều điểm gấp khúc khơng tuyến tính theo lý thuyết, nhìn chung dáng đồ thị ko khác biệt Khi có dịng lỏng xối xuống, chất lỏng vừa len lỏi miếng chêm vừa chiếm lỗ xốp chêm, tạo cấu trúc giảm áp không đặn từ xuống Lúc này, khoảng trống vật chêm bị thu hẹp lại Dịng khí di chuyển khó khăn phần thể tích tự vật chêm bị lượng chất lỏng chiếm Chính vậy, dịng khí thổi vào tâm cột gặp tương tác 16 khơng với dịng lỏng tăng nhanh lên cao, thể phụ thuộc hàm lũy thừa (số mũ khoảng từ 1,8 đến 2,0): ∆ Pck =α G n Với n=1.8 →2.0 Khi tăng vận tốc dịng khí lên, ảnh hưởng cản trở dòng lỏng tăng đặn trị số tới hạn vận tốc khí, lúc độ giảm áp dịng khí tăng vọt lên Điểm ứng với trị số tới hạn vận tốc khí gọi điểm gia trọng Nếu tiếp tục tăng vận tốc khí trị số tới hạn này, ảnh hưởng cản trở hỗ tương dòng lỏng dòng khí lớn, Pc tăng mau chóng khơng theo phương trình Dịng lỏng lúc chảy xuống khó khăn, cột điểm lụt Theo đồ thị Log(Pcư/Z) theo LogG, ta thấy đường biểu diễn cột ướt tương hợp tốt với hàm đa thức bậc mà lý thuyết nhận định, nhiên lại khó để nhận dạng điểm gia trọng (điểm mà độ dốc hàm thay đổi đột ngột) Mục đích cách sử dụng giản đồ f theo Re Giản đồ f theo Re xây dựng để biểu diễn phụ thuộc trở lực cột vào lưu lượng dịng khí (khi dòng lỏng cố định lưu lượng) Khi lưu lượng dịng khí tăng cịn lưu lượng dịng lỏng cố định trở lực phải tăng lên Tương tự, với lưu lượng khí mà lưu lượng lỏng tăng lên trở lực phải tăng Tuy nhiên, nhìn vào đồ thị Logf theo LogRe, tất trường hợp cột khô cột ướt, lưu lượng khí G từ 0.0873 đến 0.2619 trở lực giảm dần Nhưng trường hợp sau giảm đột ngột trở lực bắt đầu tăng lại khơng Điều sai số trình vận hành tính tốn thí nghiệm Sự liên hệ đối tượng khảo sát có theo dự đốn khơng? Nếu khơng giải thích lý Các đại lượng khảo sát thí nghiệm nhìn chung có mối liên hệ chưa tốt, thơng qua số liệu thí nghiệm thu Cụ thể: - Log(ΔPck/Z)_logG cho kết đồ thị đường thẳng gần tuyến tính, phù hợp với lý thuyết - Log(ΔPcư/Z)_G: theo lý thuyết chia làm phần rõ rệt, phần chế độ chảy màng độ, phần lại chế độ nhũ tương Tuy nhiên thí nghiệm này, điểm phân chia phần khơng rõ ràng, khó xác định Sai lệch sai sót q trình thí nghiệm Q trình 17 khảo sát kết thúc cột lụt nhằm tránh việc khí lơi lỏng lên đỉnh cột, bắn gây chập điện nên thí nghiệm tất đường biểu diễn kết thúc điểm lụt (hay điểm sặc) cột ứng với lưu lượng lỏng xác định trước - Logf _LogRe: đường biểu diễu khơng phù hợp với mơ hình hồi quy tuyến tính đề - Logσ_L: đường biểu diễu cho tương hợp so với mơ hình hồi quy tuyến tính hệ số góc Ω=0.084 lý thuyết nêu Sai lệch so với lý thuyết thí nghiệm sai số lớn vận hành khống chế q trình xảy cột Cũng nguyên nhân khách quan bơm, quạt, khơng hay đọc áp suất chưa xác IV TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Truyền Khối, GS.TSKH Nguyễn Bin, Đại học Bách Khoa Hà Nội [2] Truyền Khối, Vũ Bá Minh, Đại học Bách Khoa TpHCM 18 ... Tuy nhiên thí nghiệm này, điểm phân chia phần khơng rõ ràng, khó xác định Sai lệch sai sót q trình thí nghiệm Quá trình 17 khảo sát kết thúc cột lụt nhằm tránh việc khí lơi lỏng lên đỉnh cột, bắn... → Lưu lượng lỏng lớn cột nhanh bị ngập lụt Ảnh hưởng G lên độ giảm áp cột khô cột ướt Theo lý thuyết, cột khơ, q trình túy dịng khí vượt qua hệ thống chêm xếp ngẫu nhiên bị trở lực Do đó, độ... len lỏi miếng chêm vừa chiếm lỗ xốp chêm, tạo cấu trúc giảm áp không đặn từ xuống Lúc này, khoảng trống vật chêm bị thu hẹp lại Dịng khí di chuyển khó khăn phần thể tích tự vật chêm bị lượng chất