Máy bơm dùng để bơm nước từ bể A (có áp suất khí quyển) lên bể B (có áp suất dư là 2 at). Khoảng cách mức nước ở hai bể là 25 m. Lưu lượng bơm là 10m3h. Đường ống hút có: đường kính 100 mm, chiều dài 10 m, hệ số ma sát 0,025, hệ số cục bộ 2; đường ống đẩy có: đường kính 80 mm, chiều dài 30 m, hệ số ma sát 0,028, hệ số cục bộ 5. Hiệu suất bơm là 80%. : Bể lắng trọng lực có diện tích lắng 5m x 25m với năng suất lắng là 1000m3 huyền phùh. Khối lượng riêng của: pha phân tán là 2000kgm3 và pha liên tục là 1000kgm3. Độ nhớt pha liên tục là 1cP.
TRƯỜNG ĐHBK – ĐHQG – TP HỒ CHÍ MINH KHOA KĨ THUẬT HỐ HỌC Bộ mơn: Q trình Thiết bị BÀI TẬP LỚN Mơn: “ Các q trình học ” Họ tên sinh viên: MSSV: Lớp: L03 Giảng viên: TP HỒ CHÍ MINH 12/08/2021 Câu 1: Máy bơm dùng để bơm nước từ bể A (có áp suất khí quyển) lên bể B (có áp suất dư at) Khoảng cách mức nước hai bể 25 m Lưu lượng bơm 10m3/h Đường ống hút có: đường kính 100 mm, chiều dài 10 m, hệ số ma sát 0,025, hệ số cục 2; đường ống đẩy có: đường kính 80 mm, chiều dài 30 m, hệ số ma sát 0,028, hệ số cục Hiệu suất bơm 80% a) Tính cơng suất bơm theo đơn vị Hp b) Tại chế tạo bơm, đường kính ống hút làm lớn đường kính ống đẩy Bài làm a) PA = Pa = 1at P = 2at → P = + = 3at Btd B du H = 25m Q = 10m3 / h Ta có: d1 = 100mm d = 80mm l = 10m l2 = 30m 1 2 = 0,028 1 = 0,025 2 = 1 = = 80% Ta có: H = z + P v + + H1 + H g g - z = z2 − z1 = H = 25m ( khoảng cách mức nước hai bể) - P PB − PA ( − 1).9,81.10 = = = 20m .g .g 1000.9,81 4.10 1 4.Q 1 − − − − 3600 4 2 ( 80.10 ) (100.10 ) d1 - v = v2 − v1 = 3600. d = g g g 2.9,81 9,18973.10−3 4.Q l1 v12 l1 d12 H1 = 1 + 1 = 1 + 1 d g g d1 - 2 4.10 −3 3600. (100.10 ) 10 = 0,025 + 0,0286899m 100.10−3 2.9,81 4.Q v2 d22 l2 l2 H = 2 + = 2 + d g g d2 - 2 4.10 −3 3600. ( 80.10 ) 30 = 0,028 + 0,2412614m −3 80.10 2.9,81 H 45,28m • Cơng suất bơm: Q H g 10.45,28.1000.9,81 1,54235 N= = 1,54235Kw = = 2,056 Hp ( Kw) = 1000. 3600.1000.0.8 0,75 b) - Mục đích chọn vận tốc đoạn ống hút nhỏ vận tốc ống đẩy để tránh tượng xâm thực thủy lực đoạn ống hút làm rổ cánh bơm tăng chiều cao cột áp máy bơm Hiện tượng xâm thực là: áp suất tĩnh vùng dịng chảy giảm nhỏ áp suất hóa hơi, nơi áp suất bị giảm làm cho chất lỏng bị tăng nhiệt độ dẫn đến chất lỏng sôi tạo bọt khí Các bọt khí di chuyển với tốc độ cao sử dụng bơm có cơng suất lớn, bọt khí va đập thủy lực cục vào phốt bơm gây tình trạng rung lắc gây tiếng ồn Theo định luật Bernoulli, vận tốc dòng chảy tăng nhanh dẫn tới giảm áp suất dòng chất lỏng, để khắc phục tượng xâm thực ta phải giảm vận tốc dòng chảy đầu hút để làm tăng áp suất dòng chất lỏng, tránh áp suất giảm tới áp suất bốc chất lỏng v d = const lưu lượng hai đầu bơm xem không đổi, ta thấy Ta có: Q = tăng đường kính d, vận tốc v giảm xuống - Một mục đích làm đầu ống hút lớn đầu đẩy để tăng cột áp bơm, từ làm tăng cơng suất bơm: P v Ta có: H = z + + + H1 + H g g v 2 g Khi ta làm đầu hút to đầu đẩy vận tốc đầu hút nhỏ đầu đẩy, tạo chêch lệch hai đầu Trong ta có chênh lệch động hai đầu bơm là: l v H ms = + d g Khi ta tăng đường kính hai đầu ống giúp làm giảm mát ma sát, thay vào chi phí tăng lên, ta xem xét để tăng kích thước đường kính hai ống cách thích hợp Câu 2: Bể lắng trọng lực có diện tích lắng 5m x 25m với suất lắng 1000m3 huyền phù/h Khối lượng riêng của: pha phân tán 2000kg/m3 pha liên tục 1000kg/m3 Độ nhớt pha liên tục 1cP a) Xác định kích thước nhỏ pha phân tán lắng b) Khi độ nhớt pha liên tục tăng lên suất lắng bể thay đổi sao? Bài làm a) S = 5.25 = 125m Q = 1000m / h Ta có: r = 2000kg / m3 = 1000kg / m = 1cP = 10−3 Pa s v0 = Ta có: Q 1000 = = m/s S 3600.125 450 Giả định chế độ lắng stoc: Re 0,2 d ( r − ) g 18 v0 450 v0 = →d = 6,4.10−5 m 0,064mm 18 g ( r − ) 9,81.( 2000 − 1000 ) 18.10−3 6,4.10−5 1000 v d 450 Kiểm tra giả định: Re = = = 1,42.10−7 0,2 −3 10 → Vậy giả định chế độ lắng stock → d = 0,064mm b) d ( r − ) g Ta có: v0 = 18 Khi độ nhớt pha liên tục tăng lên vận tốc lắng v0 bị giảm xuống Ta có suất buồng lắng trọng lực: Q = v0 F0 v0 vận tốc lắng F0 diện tích lắng Khi vận tốc lắng giảm xuống suất buồng lắng bị giảm → Khi độ nhớt pha liên tục tăng suất lắng bể lắng bị giảm xuống Câu 3: Thiết bị lọc hoạt động chế độ áp suất khơng đổi để lọc huyền phù tích 10 m3 Cho biết huyền phù có nồng độ khối lượng 10%; khối lượng riêng của: pha phân tán 2000kg/m3 pha liên tục 1000 kg/m3; hệ số phương trình lọc C = 1,8 x 10-2 m3/m2, K = 0,6 x 10-4 m2/s; bã sau lọc có độ ẩm 30% a) Tính diện tích máy lọc b) Tính tốc độ lọc sau Bài làm a) Vh = 10m3 = 2h = 7200s Cm = 10% = 0,1 r = 2000kg / m Ta có: = 1000kg / m C = 1,8.10−2 m3 / m K = 0,6.10−4 m / s U b = 30% = 0,3 P = const Xét trình lọc 2h: = 2h Tỉ số m: m = 1 10 = = − U b − 0,3 10 −1 Cm m −1 1000.0,1 13 Tỉ lệ Xo: X o = + = + = 10 − m Cm r − 0,1 2000 1000 120 Vh = Va + V → Va = Vh − V Vh 10 1200 Ta có: V= = = m Va 13 + X 133 X = o o 1+ V 120 q + 2C q = K q + 2.1,8.10−2 q = 0,6.10−4 7200 Ta có pt lọc: q 0,63951 Diện tích lọc: S = V 1200 = 14,11m2 q 133.0,63951 b) Xét trình lọc 1h: = 1h q + 2C q = K q + 2.1,8.10−2 q = 0,6.10 −4 3600 Phương trình lọc: → q 0,44711 K 0,6.10−4 Tốc độ lọc: w = = 6,45.10−5 m / s −2 2.( C + q ) 2.(1,8.10 + 0,44711) Câu 4: Thiết bị khuấy với cánh khuấy có đường kính 0,5 m quay với tốc độ 150 vịng/phút để khuấy huyền phù có nồng độ 30 %kl Khối lượng riêng của: pha phân tán 2500 kg/m3 pha liên tục 1000 kg/m3 a) Tính cơng suất khuấy theo đơn vị hp b) Nếu thiết bị khuấy có lắp chặn cơng suất khuấy thay đổi sao? Bài làm a) d = 0,5m n = 150 vong / phut = 2,5 vong / giay Cm = 30% = 0,3 Ta có: r = 2500 kg / m = 1000kg / m3 K n = 4,7 Khối lượng riêng huyền phù: Cm − Cm 1 = + → h = = 1219,512 kg / m3 Cm − Cm 0,3 − 0,3 h r + + r 2500 1000 Công suất khuấy: N = K n n3 d h = 4,7.2,53 0,55 1219,512 2798,6848 w 2798,6848 3,7316 Hp 1000.0,75 b) - Khi thiết bị có lắp thêm chặn làm cho cơng suất khuấy bị giảm Vì, tốc độ vịng quay có chặn nhỏ khơng có chặn, chặn có tác dụng cản trở dòng lưu chất cánh khuấy quay, làm chế độ chế lưu chất giảm Do số Rek nhỏ theo Ta có cơng thức công suất khuấy: N = K n n3 d h → Khi tốc độ quay giảm làm công suất khuấy bị giảm - Việc lắp thêm vách ngăn giúp làm tăng hiệu suất trình khuấy Nếu gắn máy khuấy bể khuấy mà không gắn vách ngăn dịng lưu chuyển quay vịng trịn theo thành bồn khuấy (quay chiều kim đồng hồ tạo dòng lưu chuyển chất lỏng xuống) Khi quay chiều khơng thể thực khuấy được, xảy tượng phân lớp, hỗn hợp khuấy không đồng Khi ta gắn vách ngăn dịng lưu chuyển dung dịch( khuấy lên từ xuống dưới) Câu 5: Thiết bị sấy tầng sôi dùng để sấy hạt có khối lượng riêng 1100kg/m3 (ở độ ẩm 0) từ độ ẩm 40% đến 10% Tác nhân sấy khơng khí nóng 100 o C Độ xốp khối hạt trạng thái tĩnh 0,35 Đường kính hạt mm a) Khi tính vận tốc tới hạn dịng khơng khí thiết bị sấy, giá trị khối lượng riêng hạt (khối lượng riêng hạt độ ẩm 0%,10% hay 40%) sử dụng sao? Khối lượng riêng khối hạt có ẩm tính theo cơng thức khối lượng riêng huyền phù b) Tính vận tốc tới hạn dịng khơng khí để đưa khối hạt vào trạng thái tầng sôi Bài làm r = 1000 kg / m3 = 1100 kg / m U h ,40% = 0,4 Ta có: U h ,10% = 0,1 = 0,35 d = mm = 2.10−3 m h,40% = 40% = 1 = = 1057,7 kg / m3 Uh − Uh 0,4 − 0,4 + + r 1000 1100 h,10% = 10% = 1 = = 1089,11 kg / m3 Uh − Uh 0,1 − 0,1 + + r 1000 1100 0% = 1100 kg / m3 a) Nếu tăng vận tốc đến giá trị làm cho phần tử hạt lơ lững hồn tồn khơng khí, vận tốc gọi vận tốc tới hạn Nếu vận tốc khí vượt qua trạng thái phần tử hạt di chuyển theo dịng khơng khí ngồi Vì vậy, hạt có khối lượng riêng nhỏ bị lơi lên lơ lững khơng khí buồng sấy trước, vận tốc vượt qua vận tốc tới hạn hạt bị thổi bay ngồi Vì vậy, tính vận tốc tới hạn ta sử dụng khối lượng riêng hạt Ta chọn giá trị khối lượng riêng hạt có độ ẩm 40% để tính vận tốc tới hạn b) Giả sử có 1kg khơng khí → vk = m k = k Pk = 1atm 0 Khơng khí nóng có T = 100 C = 373 K Tk = 373 K vk = k P0 = 1atm Khơng khí 2730K(00C) có T0 = 273 K v0 = 1, 293 Phương trình trạng thái: P0 v0 Pk vk 1 T 1,293.273 = → = → k = 0 = = 0,9464kg / m3 T0 Tk 0 T0 k Tk Tk 373 Tra hình IV/79 sách bảng tra cứu trình thiết bị học truyền nhiệt-truyền khối ta có: với T = 1000C → k = 0,022cP = 2,2.10−5 Pa.s Chuẩn số Archimedes: Ar = d ( 40% − k ) k g 2 ( 2.10 ) (1057,7 − 0,9464).0,9464.9,81 = 162166,8573 = ( 2,2.10 ) −3 −5 Vì 0, → Chuẩn số Reynolds: Ar Re k = 150 − 0 0 + 1,75 03 = Ar 162166,8573 33,458 − 0,35 1,75 150 + 168266,39 0,353 0,353 Rek 33,459.2,2.10−5 vk = = 0,381m / s d k 2.10−3.0,9464 10 ... phân tán 2500 kg/m3 pha liên tục 1000 kg/m3 a) Tính cơng suất khuấy theo đơn vị hp b) Nếu thiết bị khuấy có lắp chặn cơng suất khuấy thay đổi sao? Bài làm a) d = 0,5m n = 150 vong / phut = 2,5... = 1, 293 Phương trình trạng thái: P0 v0 Pk vk 1 T 1,293.273 = → = → k = 0 = = 0,9464kg / m3 T0 Tk 0 T0 k Tk Tk 373 Tra hình IV/79 sách bảng tra cứu trình thiết bị học truyền nhiệt-truyền... liên tục 1000 kg/m3; hệ số phương trình lọc C = 1,8 x 10-2 m3/m2, K = 0,6 x 10-4 m2/s; bã sau lọc có độ ẩm 30% a) Tính diện tích máy lọc b) Tính tốc độ lọc sau Bài làm a) Vh = 10m3 = 2h =