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 Hố học BỘ MƠN Q TRÌNH & THIẾT BỊ Phúc trình thí nghiệm Q trình & Thiết bị Bài: CỘT CHÊM CBHD: Cơ Nguyễn Thị Như Ngọc Sinh viên: Phạm Ngọc Thảo MSSV: 1915197 Nhóm: Lớp: L04 Ngày TN: 01/03/2022 Năm học 2021 – 2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm q trình thiết bị MỤC LỤC TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm 1.2 Kết thí nghiệm LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM 2.1 Độ giảm áp dịng khí 2.2 Điểm lụt cột chêm DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 Thiết bị thí nghiệm 3.2 Phương pháp thí nghiệm KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BÀN LUẬN PHỤ LỤC 6.1 Thí nghiệm cột khơ 6.2 Thí nghiệm cột ướt TÀI LIỆU THAM KHẢO TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm q trình thiết bị CỘT CHÊM TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất khả hoạt động cột chêm cách xác định: 1) Ảnh hưởng vận tốc dịng khí lỏng lên tổn thất áp suất (độ giảm áp) qua cột 2) Sự biến đổi hệ số ma sát cột khô fck theo chuẩn số Reynolds (Re) dịng khí suy hệ thức thực nghiệm 3) Sự biến đổi thừa số liên hệ độ giảm áp dịng khí qua cột khơ qua cột ướt theo vận tốc dòng lỏng 4) Giản đồ giới hạn khả hoạt động cột (giản đồ ngập lụt gia trọng) 1.2 Kết thí nghiệm Bảng Số liệu thô G L=0 (%) ∆Pck ∆Pư 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 17 26 36 44 64 77 93 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm q trình thiết bị CỘT CHÊM LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM 2.1 Độ giảm áp dịng khí Độ giảm áp Pck dịng khí qua cột phụ thuộc vào vận tốc khối lượng G dịng khí qua cột khơ (khơng có dịng chảy ngược chiều) Khi dịng khí chuyển động khoảng trống vật chêm tăng dần vận tốc độ giảm áp tăng theo Sự gia tăng theo lũy thừa từ 1,8 đến 2,0 vận tốc dịng khí Pck Gn Với n = 1,8 – 2,0 Khi có dịng lỏng chảy ngược chiều, 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 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 dịng khí lớn, P c tăng mau chóng khơng theo phương trình (1) Dịng lỏng lúc chảy xuống khó khăn, cột điểm lụt Đường biểu diễn log( Pc/Z) (độ giảm áp suất dịng khí qua dơn vị chiều cao phần chêm cột) dự kiến trình bày hình TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm q trình thiết bị CỘT CHÊM Hình 1: Ảnh hưởng G L độ giảm áp cột Pc TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm trình thiết bị CỘT CHÊM 2.2 Điểm lụt cột chêm Khi cột chêm bị ngập lụt, chất lỏng chiếm tồn khoảng trống phần chêm, dịng chảy bị xáo trộn mãnh liệt, tượng bất lợi cho hoạt động cột chêm L Gọi giá trị GL tương ứng với trạng thái gọi GL* Hình 2: Giản đồ lụt cột chêm TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm trình thiết bị CỘT CHÊM DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 Thiết bị thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm gồm có: 1) Cột thủy tinh, bên vòng sứ Raschig xếp chêm ngẫu nhiên 2) Hệ thống cấp khí gồm: Quạt thổi khí BK Ống dẫn khí Áp kế sai biệt chữ U Lưu lượng kế khí F có độ chia từ đến 100% 3) Hệ thống cấp nước gồm: Thùng chứa nước thép không rỉ N Bơm chất lỏng BL Lưu lượng kế lỏng Fl có độ chia từ đến 2,0 Cột thủy tinh: Đường kính d = 0,09 m Chiều cao H = 0,805 m Vật chêm xếp ngẫu nhiên, vịng Raschig đường kính 12,7 mm, bề mặt riêng a = 370 - 380 m2 /m3 , độ xốp = 0,586 Đường kính ống thép đáy cột D = 0,09 m TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm q trình thiết bị CỘT CHÊM Hình 3: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm cột chêm TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm trình thiết bị CỘT CHÊM Đồ thị 1.4 1.2 logfcư 0.8 0.6 0.4 0.2 40.0000 24 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm q trình thiết bị L=1.8 G G, DPcư, % kg/s.m2 mmH2O 10 0.087 20 0.175 30 30 0.262 75 40 0.349 146 Đồ thị 25 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 1.45 1.4 1.35 logfcư 1.3 1.25 1.2 1.15 1.1 40.0 L (ga/ph) 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 G* (%) 90 70 60 50 50 30 20 20 26 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com logП1 Đ 27 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm q trình thiết bị Bảng Kết hệ thức thực nghiệm Mối liên hệ ∆Pck/Z theo G, cột khô ΔP/Z theo G%, cột ướt L = 0,2 GPM ΔP/Z theo G%, cột ướt L = 0,4 GPM ΔP/Z theo G%, cột ướt L = 0,6 GPM ΔP/Z theo G%, cột ướt L = 0,8 GPM ΔP/Z theo G%, cột ướt L = 1,0 GPM ΔP/Z theo G%, cột ướt L = 1,2 GPM ΔP/Z theo G%, cột ướt L = 1,4 GPM ΔP/Z theo G%, cột ướt L = 1,6 GPM ΔP/Z theo G%, cột ướt L = 1,8 GPM logFcư theo Rec logFcư theo Recư L = 0,2 GPM logFcư theo Recư L = 0,4 GPM logFcư theo Recư L = 0,6 GPM logFcư theo Recư L = 0,8 GPM logFcư theo Recư L = 1,0 GPM logFcư theo Recư L = 1,2 GPM logFcư theo Recư L = 1,4 GPM logFcư theo Recư L = 1,6 GPM logFcư theo Recư L = 1,8 GPM σ theo L G10 σ theo L G20 σ theo L G30 σ theo L G40 σ theo L G50 σ theo L G60 σ theo L G70 σ theo L G80 σ theo L G90 28 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm q trình thiết bị CỘT CHÊM BÀN LUẬN 1) Nhận xét kết thí nghiệm thơ - Nhìn vào bảng số liệu, lưu lượng khí tăng độ giảm áp tăng tăng lưu lượng lỏng độ giảm áp tăng nhanh cách đáng kể - Tuy nhiên, lưu lượng lỏng ban đầu L=0; L=0.2; L=0.4, dù tăng lưu lượng khí lên tối đa chưa xảy tượng ngập lụt lượng lỏng cịn chiếm - Nhưng tăng lưu lượng lên L=0,6 bắt đầu dễ xảy tượng ngập lụt Điểm ngập lụt xảy mức lưu lượng lỏng L=0.6 lưu lượng khí G = 90% Các giá trị ∆P thu tăng lưu lượng lỏng ngày lượng lỏng đạt L=2,0 cịn thu giá trị ∆P Càng tăng lưu lượng lỏng lên tăng lưu lượng khí, điểm ngập lụt xảy nhanh so với lưu lượng khơng khí lưu lượng lỏng thấp 2) Ảnh hưởng G lên độ giảm áp cột khô cột ướt - Đối với cột khơ: G tăng độ giảm áp tăng theo (đường trung bình gần đường cong) Khi G cao độ giảm áp cao nhiều đường cong biểu diễn đồ thị dốc DP tỉ lệ thuận với G2 - Đối với cột ướt: G tăng độ giảm áp tăng theo tương tự cột khơ Khi lưu lượng lỏng tăng cột dễ gần đến điểm lụt hơn, độ giảm áp tăng nhanh lưu lượng khí cịn nhỏ 3) Mục đích cách sử dụng giản đồ f theo Re Nhận xét đồ thị: - Giản đồ f theo Re giản đồ biểu diễn mối liên hệ hệ số ma sát với lưu lượng lỏng lưu chất - Khi lưu lượng lỏng tăng hệ số ma sát tăng Theo điều kiện khảo sát thí nghiệm cột khơ (L=0) hệ số ma sát nhỏ nhất, L=2,0 có hệ số ma sát cao - Từ đường cong mối quan hệ hệ số ma sát logfc chuẩn số Re, biết giá trị ta suy giá trị cịn lại 29 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm trình thiết bị CỘT CHÊM Mục đích thí nghiệm: Từ cách sử dụng đồ thị trên, cho thấy mục đích việc xây dựng đồ thị f-Re giúp tính tốn, tối ưu hóa chế độ vận hành Tức tối ưu yếu tố tác động bản: lưu lượng lỏng, lưu lượng khí độ giảm áp 4) Sự liên hệ đối tượng khảo sát có theo dự đốn khơng? Nếu khơng giải thích lý - ∆Pcư/Z G gần chia thành hai vùng rõ rệt: vùng điểm gia trọng vùng điểm gia trọng Vùng điểm gia trọng DP tăng chậm đặn nên điểm thu gần nằm đường cong dốc Vùng điểm gia trọng DP tăng nhanh, đột ngột nên đường cong biểu diễn đồ thị dốc; tăng lưu lượng lỏng khí lên cao tiến đến điểm lụt cột - Kết thu tiến hành thí nghiệm số trường hợp khơng giống kết dự đốn sai số q trình thí nghiệm ngun nhân sau: Lưu lượng dịng lỏng dịng khí khơng ổn định thiết bị bơm quạt Sai số thao tác làm thí nghiệm đọc kết Cột nước trì đáy cột khơng đảm bảo yêu cầu làm cho nước xâm nhập vào ống đo độ chênh áp làm ảnh hưởng đến kết Ma sát dịng khí có tốc độ lớn với ống dẫn làm cho ống nóng lên làm tăng thể tích khí làm tăng áp suất ảnh hưởng đến độ chênh áp 30 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm q trình thiết bị CỘT CHÊM PHỤ LỤC 6.1 Thí nghiệm cột khơ Chuyển đổi áp suất : ΔPck (N/m2) = Δ Pck (mmH2O) 9,81 Tính chuyển đổi lượng: Lưu lượng khí: G(kg / s m2 )= G(%) ρK V 100.60 F Trong đó: V = 0,286 m3/phút F=πr2 , với r = d , d = 0.09 m k = 1,293 với: T: nhiệt độ khơng khí, chọn T=3030K p=760mmHg – áp suất khí E: áp suất nước khơng khí, mmHg, trị số 0,3783E tra bảng I.9, [2], trang 15 Hoặc co thể tra trực tiếp k từ bảng tra online Tính fck cơng thức: f ck ΔP ε2 = ρ D G e 2.G Z Trong đó: De = 4e/a : đường kính tương đương vật chêm, m : độ xốp vật chêm, = 0,586 a: diện tích bề mặt riêng vật chêm, a = 375 m2/m3 31 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm q trình thiết bị G CỘT CHÊM : khối lượng riêng pha khí, G = K = 1,165 kg/m3 : vận tốc khối lượng dịng khí dựa đơn vị tiết diện cột, kg/s.m2 : Chiều cao phần chêm, Z = 0,6 m Tính Reck cơng thức: Trong đó: De = : đường kính tương đương vật chêm, m μk : độ nhớt dịng khí nhiệt độ T, kg/ms, tính theo cơng thức: μk = Chọn T = 303K, tra bảng 5, trang 15, [3]: - : độ nhớt khơng khí 00C, 0 = 17,3.10-6 Pa.s = 124: số phương trình tính độ nhớt Hoặc sử dụng bảng tra online để xác định trực tiếp μk => μ k = 1,87.10-5 Pa.s 32 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm q trình thiết bị CỘT CHÊM 6.2 Thí nghiệm cột ướt Chuyển đổi áp suất : ΔPcư (N/m2) = Δ Pcư (mmH2O) 9,81 Tính s cơng thức: σ= ΔP ΔP cu ck Tính fcư cơng thức: fcư = s.fck ( với lưu lượng khí G theo dự kiến) với: : hệ số phụ thuộc vào mức độ xối tưới dòng lỏng L, kg/m2s, theo Leva: = hay log = L ta chọn W = 0,084 L.ρ GL = L 1000 , kg/s L(l/s) = L (ga/phút).4,546/60 (Theo tiêu chuẩn Anh: 1ga = 4,546 lít) L (300C) = 995,68 kg/m3, tra bảng I.5, trang 12, [2] L (300C) = 800,07.10-6 Pa.s, tra bảng 6, trang 16, [3] Hoặc sử dụng bảng tra online 33 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm trình thiết bị CỘT CHÊM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tập thể CBGD môn Máy – Thiết bị, Thí nghiệm Q trình – Thiết bị, Đại học Bách Khoa Tp HCM [2] Tập thể tác giả, “Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ hóa chất – Tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 626 trang [3] Các tác giả, “Bảng tra cứu Quá trình học Truyền nhiệt – Truyền khối”, NXB ĐHQG TP.HCM, 2015, 100 trang [4] Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Q trình Thiết bị Cơng nghệ hóa học thực phẩm – Tập 3: Truyền khối”, NXB ĐHQG TP.HCM, 2004, 388 trang 34 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... skknchat@gmail.com Thí nghiệm q trình thiết bị CỘT CHÊM DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 Thiết bị thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm gồm có: 1) Cột thủy tinh, bên vòng sứ Raschig xếp chêm ngẫu... skknchat@gmail.com Thí nghiệm trình thiết bị CỘT CHÊM Hình 1: Ảnh hưởng G L độ giảm áp cột Pc TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thí nghiệm trình thiết bị CỘT CHÊM 2.2 Điểm lụt cột chêm Khi cột chêm bị. .. 2.2 Điểm lụt cột chêm DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 Thiết bị thí nghiệm 3.2 Phương pháp thí nghiệm KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BÀN LUẬN