Phúc trình thí nghiệm quá trình thiết bị bài cột CHÊM

TRÍCH YẾU

Mục đích thí nghiệm

Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động của cột chêm bằng cách xác định:

1) Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí và lỏng lên tổn thất áp suất (độ giảm áp) khi đi qua cột.

2) Sự biến đổi của hệ số ma sát cột khô fck theo chuẩn số Reynolds (Re) của dòng khí và suy ra các hệ thức thực nghiệm.

3) Sự biến đổi của thừa số  liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí qua cột khô và qua cột ướt theo vận tốc dòng lỏng.

4) Giản đồ giới hạn khả năng hoạt động của cột (giản đồ ngập lụt và gia trọng).

Kết quả thí nghiệm

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM

Độ giảm áp của dòng khí

Độ giảm áp Pck của dòng khí khi qua cột phụ thuộc vào vận tốc khối lượng G của dòng khí trong cột khô, không có dòng chảy ngược Khi dòng khí di chuyển qua các khoảng trống giữa các vật chêm, vận tốc tăng lên sẽ dẫn đến sự gia tăng độ giảm áp Mức tăng này theo lũy thừa từ 1,8 đến 2,0 của vận tốc dòng khí.

Khi dòng lỏng chảy ngược chiều, khoảng trống giữa các vật chêm bị thu hẹp, làm cho dòng khí di chuyển khó khăn hơn do thể tích tự do bị chiếm giữ Khi tăng vận tốc dòng khí, ảnh hưởng cản trở của dòng lỏng gia tăng cho đến khi đạt trị số tới hạn, tại đó độ giảm áp của dòng khí tăng mạnh Điểm này được gọi là điểm gia trọng Nếu vận tốc khí tiếp tục tăng vượt qua trị số tới hạn, ảnh hưởng cản trở giữa dòng lỏng và dòng khí trở nên rất lớn, dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng của áp suất Dòng lỏng cũng gặp khó khăn trong việc chảy xuống, tạo ra tình trạng cột ở điểm lụt Đường biểu diễn log(ΔPc/Z) mô tả độ giảm áp suất của dòng khí qua một đơn vị chiều cao của phần chêm trong cột, như thể hiện trong hình 1.

Hình 1: Ảnh hưởng của G và L đối với độ giảm áp của cột P c

Điểm lụt của cột chêm

Khi cột chêm bị ngập lụt, chất lỏng lấp đầy toàn bộ khoảng trống, dẫn đến sự xáo trộn mạnh mẽ của các dòng chảy, gây bất lợi cho hoạt động của cột chêm Giá trị GL tương ứng với trạng thái này được gọi là GL*.

Hình 2: Giản đồ lụt của cột chêm

DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Thiết bị thí nghiệm

Thiết bị thí nghiệm gồm có:

1) Cột thủy tinh, bên trong là các 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 0 đến 100%.

3) Hệ thống cấp nước gồm:

Thùng chứa nước bằng thép không rỉ N

Lưu lượng kế lỏng Fl có độ chia từ 0 đến 2,0.

Cột thủy tinh: Đường kính d = 0,09 m

Vật chêm xếp ngẫu nhiên, vòng Raschig đường kính 12,7 mm, bề mặt riêng a = 370 - 380 m 2 /m 3 , độ xốp  = 0,586 Đường kính ống thép ở đáy cột D = 0,09 m

Hình 3: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm cột chêm

Các chi tiết trong sơ đồ thí nghiệm:

FK: Lưu lượng kế khí, V = 0,286 m3/phút g: Ống định mức chất lỏng ở đáy cột.

FL: Lưu lượng kế lỏng, GL = 5,805 lít/phút

BK: Quạt có công suất 1,0 Hp.

BL: Bơm có công suất 0,5 Hp

Phương pháp thí nghiệm

1) Khóa lại tất cả các van lỏng (từ 1 đến 4).

2) Mở van 5 và khóa van 6.

3) Bật công tắc quạt cho quạt chạy trong 5 phút để thổi hết ẩm trong cột Tắt quạt, nghỉ 5-10 phút.

4) Mở van 1 và 3 Sau đó bật công tắc bơm cho bơm chạy.

5) Chỉnh mức lỏng ở đáy cột ngang bằng với ống định mức g Tắt bơm và khóa van 3.

6) Đo độ giảm áp của cột khô: a Khóa tất cả các van lỏng lại Mở van 6 còn 5 vẫn đóng Cho quạt chạy rồi từ từ mở van 5 để chỉnh lưu lượng khí vào cột. b Ứng với mỗi giá trị lưu lượng khí đã chọn ta đọc Pck trên áp kế U theo mmH2O Đo xong tắt quạt, nghỉ 5-10 phút.

7) Đo độ giảm áp khi cột ướt: a Mở quạt và điều chỉnh lưu lượng khí qua cột. b Mở van 1 và cho bơm chạy Dùng van VL tại lưu lượng kế để chỉnh lưu lượng lỏng (lưu lượng kế lỏng có vạch chia 0,1; 0,2; ; 1,6) Nếu VL đã mở tối đa mà phao vẫn không lên thì dùng van 1 để tăng lượng lỏng. c Ứng với lưu lượng lỏng đã chọn (ví dụ: 0,1; 0,2; ) cố định, ta chỉnh lưu lượng khí và đọc độ giảm áp  Pck giống như Pck trước đó Chú ý là tăng lượng khí đến điểm lụt thì thôi.

1) Trong quá trình đo độ giảm áp của cột ướt, sinh viên cần canh giữ mức lỏng ở đáy cột luụn ổn định ở ắ chiều cao đỏy bằng cỏch chỉnh van 2 Nếu cần, tăng cường van

4 để nước trong cột thoát về bình chứa (van 4 dùng để xả nhanh khi giảm lưu lượng khí).

2) Khi tắt máy phải tắt bơm lỏng BL trước, mở tối đa van 4 sau đó tắt quạt BK.

3) Nếu sơ suất để nước tràn vào ống dẫn khí thì mở van xả nước ở phía bảng.

4) Không cho quạt chạy quá 5 phút, chạy xong phải nghỉ 5- 10 phút cho quạt nguội.

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Bảng 2 Các trị số kết quả khi cột khô

P ck /Z, (N/m 2 )/m fck Re ck logG log(DP ck /Z) log(fck)

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đồ thị:

Bảng 3 Các trị số kết quả khi cột ướt

 Recư fcư logG log (Pcư/Z ) logfcư

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đồ thị

1 logfcư theo Rec tại L=0.2 Rec lo gf cư

 Re cư f cư logG log (P cư /Z ) logf cư

(N/m 2 )/m  Re cư f cư logG log (P cư /Z ) logf cư

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đồ thị:

(N/m 2 )/m  Re cư f cư logG log

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đồ thị

Giản đồ lụt của cột chêm logП2 lo gП 1

Bảng 5 Kết quả hệ thức thực nghiệm

Mối liên hệ Kết quả thực nghiệm

Trong nghiên cứu này, các phương trình ΔP/Z theo G% được trình bày cho các cột ướt với lưu lượng khác nhau từ 0,2 GPM đến 1,8 GPM, cho thấy sự biến đổi của áp suất chênh lệch với các hệ số khác nhau Cụ thể, với lưu lượng 0,2 GPM, phương trình là y = 0.2386x^2 - 3.0548x + 64.846, trong khi lưu lượng 1,0 GPM có phương trình y = 1.3867x^2 - 45.483x + 441.17 Ngoài ra, logFcư theo Rec cũng được phân tích với các lưu lượng từ 0,2 GPM đến 1,8 GPM, thể hiện các mối quan hệ phức tạp giữa các biến số Cuối cùng, σ theo L tại các điểm G10 đến G90 cho thấy sự thay đổi tuyến tính, với các phương trình khác nhau như y = 0.1548x + 0.003 tại G10 và y = 1.3706x - 0.1606 tại G90.

BÀN LUẬN

1) Nhận xét kết quả thí nghiệm thô

Dựa vào bảng số liệu, có thể thấy rằng khi lưu lượng khí tăng, độ giảm áp cũng tăng theo Đặc biệt, khi lưu lượng lỏng gia tăng, độ giảm áp tăng nhanh chóng và đáng kể hơn.

Dù lưu lượng lỏng ban đầu là L=0, L=0.2 và L=0.4, việc tăng lưu lượng khí lên mức tối đa vẫn không gây ra hiện tượng ngập lụt, bởi vì lượng lỏng vẫn còn chiếm tỷ lệ thấp.

Khi lưu lượng lỏng đạt L=0,6, hiện tượng ngập lụt bắt đầu xảy ra dễ dàng, với điểm ngập lụt đầu tiên tại lưu lượng khí G = 90% Khi tăng lưu lượng lỏng, các giá trị ∆P thu được ngày càng giảm, và khi lưu lượng lỏng đạt L=2,0, chỉ còn 3 giá trị ∆P Sự gia tăng lưu lượng lỏng làm cho điểm ngập lụt xảy ra nhanh hơn khi lưu lượng khí và lưu lượng lỏng thấp.

2) Ảnh hưởng của G lên độ giảm áp khi cột khô và khi cột ướt

Khi lưu lượng G tăng trong cột khô, độ giảm áp cũng tăng theo, tạo thành một đường cong gần như liên tục Đặc biệt, khi G đạt mức cao, độ giảm áp sẽ tăng đáng kể, làm cho đường cong trên đồ thị trở nên dốc hơn Độ giảm áp (DP) tỷ lệ thuận với bình phương của G (G2).

Khi G tăng, độ giảm áp trong cột ướt cũng tăng tương tự như cột khô Lưu lượng lỏng càng lớn, cột càng dễ tiếp cận điểm lụt, và độ giảm áp tăng nhanh chóng khi lưu lượng khí còn nhỏ.

3) Mục đích và cách sử dụng giản đồ f theo Re

- Giản đồ f theo Re là giản đồ biểu diễn mối liên hệ giữa hệ số ma sát với lưu lượng lỏng lưu chất

Khi lưu lượng lỏng tăng, hệ số ma sát cũng gia tăng Trong điều kiện khảo sát của thí nghiệm, hệ số ma sát đạt mức thấp nhất khi cột khô (L=0) và cao nhất tại L=2,0.

Đường cong mối quan hệ giữa hệ số ma sát logfc và số Reynolds (Re) cho thấy rằng khi biết một giá trị, ta có thể suy ra giá trị còn lại Sự tương quan này giúp các nhà nghiên cứu và kỹ sư dự đoán hiệu suất của các hệ thống chảy chất lỏng một cách chính xác hơn.

Mục đích của thí nghiệm là xây dựng đồ thị f-Re nhằm tính toán và tối ưu hóa chế độ vận hành, tập trung vào việc cân bằng ba yếu tố cơ bản: lưu lượng lỏng, lưu lượng khí và độ giảm áp.

4) Sự liên hệ giữa các đối tượng khảo sát có theo như dự đoán không? Nếu không giải thích lý do.

∆Pcư/Z và G được chia thành hai vùng rõ rệt: vùng dưới điểm gia trọng và vùng trên điểm gia trọng Trong vùng dưới điểm gia trọng, DP tăng chậm và đều đặn, dẫn đến các điểm nằm gần như trên một đường cong ít dốc hơn Ngược lại, vùng trên điểm gia trọng chứng kiến DP tăng nhanh và đột ngột, tạo ra đường cong biểu diễn trên đồ thị rất dốc; nếu tiếp tục tăng lưu lượng lỏng và khí, sẽ tiến đến điểm lụt của cột.

Kết quả thu được từ các thí nghiệm có thể không khớp với dự đoán ban đầu do sai số trong quá trình thực hiện, xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau.

 Lưu lượng dòng lỏng và dòng khí không ổn định do thiết bị bơm và quạt.

 Sai số do thao tác trong làm thí nghiệm và khi đọc kết quả.

 Cột nước duy trì ở đáy cột không đảm bảo yêu cầu làm cho nước xâm nhập vào ống đo độ chênh áp làm ảnh hưởng đến kết quả.

Ma sát giữa dòng khí tốc độ lớn và ống dẫn gây nóng ống, dẫn đến tăng thể tích khí và áp suất, đồng thời ảnh hưởng đến độ chênh áp.

Tiêu đề	Phúc Trình Thí Nghiệm Quá Trình & Thiết Bị Bài: Cột Chêm
Tác giả	Phạm Ngọc Thảo
Người hướng dẫn	Cô Nguyễn Thị Như Ngọc
Trường học	Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ thuật Hoá học
Thể loại	Phúc trình thí nghiệm
Năm xuất bản	2022
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	666,6 KB