Bài giảng Quá trình thiết bị công nghệ hóa học: Chương 9 - Vận chuyển chất lỏng được biên soạn với các nội dung chính sau: Phương pháp vận chuyển chất lỏng; Bơm thể tích; Bơm ly tâm; Bơm đặc biệt; Thông số đặc trưng của bơm; Hiệu suất của bơm;... Mời các bạn cũng tham khảo bài giảng tại đây!
Vận$chuyển$chất$lỏng Giảng&viên:&Nguyễn&Minh&Tân& Bộ&mơn&QT7TB&CN&Hóa&học&&&Thực&phẩm Trường&Đại&học&Bách&khoa&Hà&nội Vận$chuyển$chất$lỏng Muốn vận chuyển phải dùng bơm để cung cấp lượng tạo nên chênh lệch áp lực để chất lỏng chảy thành dòng - Trong cơng nghiệp Hóa chất thực phẩm, bơm dùng phổ biến đa dạng - Phân loại bơm theo đặc trưng cấu tạo Bơm thể tích Bộ phân tịnh tiến hay quay bơm làm thay đổi thể tích bên trong, tạo thành áp suất âm đầu hút bơm áp suất dương đầu đẩy bơm, áp suất chất lỏng qua bơm tăng lên Bơm ly tâm Nhờ lực ly tâm tạo chất lỏng guồng quay mà chất lỏng hút vào đẩy khỏi bơm Bơm đặc biệt Bao gồm loại bơm khơng có phân dẫn động động điện, máy nước, mà dùng luồng khí hay làm nguồn động lực Ví dụ: Bơm tia, bơm sục khí, thùng nén, xiphơng,… Vận$chuyển$chất$lỏng Các thơng số đặc trưng bơm suất, áp suất tồn phần, cơng suất, hiệu suất Năng suất bơm Với loại bơm, suất tính thể tích chất lỏng bơm cung cấp đơn vị thời gian Q[m3/s] [m3/h] Cơng suất bơm Được tính lượng tiêu tốn để bơm làm việc Với loại bơm có phận dẫn động động điện, máy nước, công suất động tính bao gồm dạng cơng thức sau: Cơng suất hữu ích Năng lượng mà bơm tiêu tốn để tăng áp suất cho chất lỏng, tích số áp suất toàn phần Δp (năng lượng riêng) lưu lượng dịng chất lỏng: N hi = !gQH Cơng suất trục bơm Để tạo công suất hữu ích cho bơm, công suất trục bơm phải bù thêm phần tổn thất ma sát trục, đặc trưng hệ số hữu ích !b N tr = N hi !b = "gQH !b Công suất động Động cần tiêu tốn lượng lớn lượng bơm tiêu tốn, lượng truyền từ động đến bơm phần bị tốn thất trình làm việc động cơ, truyền động trục động trục bơm ma sát trục Được đặc trưng hệ số động hệ số hữu ích N dc = N tr !tr! dc = N hi !tr! dc!b = N hi ! Vận$chuyển$chất$lỏng Vận$chuyển$chất$lỏng Hiệu suất bơm η"là đại lượng đặc trưng cho mức độ sử dụng hữu ích lượng truyền từ động đến bơm, chuyển thành động để vận chuyển chất lỏng, gọi hiệu suất bơm hay hệ số hữu ích N hi = !b!tr! dc N dc Để bơm làm việc an tồn, thường chế tạo động có cơng suất cao cơng suất tính tốn Tỷ số cơng suất thực tế cơng suất tính tốn gọi hệ số dự trữ β != N tt = !N dc β thường chọn phụ thuộc vào cơng suất động Vận$chuyển$chất$lỏng Áp suất tồn phần H - Đặc trưng cho lượng riêng bơm truyền lại cho đơn vị trọng lượng chất lỏng - Được tính chiều cao để nâng kg chất lỏng nhờ lượng bơm truyền cho, không phụ thuộc vào độ nhớt khối lượng riêng chất lỏng Viết phương trình Bernoulli cho mặt I-I I’-I’: p1 w12 pv wv2 + = + + H h + hm.h !g g !g g Viết phương trình Bernoulli cho mặt I’-I’ II-II: pr wr2 p2 w22 + = + + H đ + hm.đ !g g !g g pv p1 w12 ! wv2 = + ! H h ! hm.h "g "g 2g pr p2 w22 ! wr2 = + ! H đ ! hm.đ "g "g 2g Chênh lệch áp suất đầu vào đầu bơm: p pv ! pr p2 ! p1 w22 ! w12 wv2 ! wr2 = = + + + H đ + H h + hm "g "g "g 2g 2g Vận$chuyển$chất$lỏng Thông thường: w1 w2 gần nên: w1 # w2 " w1 ! w2 = Nên: p p2 ! p1 wv2 ! wr2 = + + H t + hm "g "g 2g Đặt chân không kế đường ống hút Áp kế đường ống đẩy Áp suất toàn phần: p pđ ! ph w22 ! w12 H= = + + hm "g "g 2g pđ ! ph H= +h "g Vận$chuyển$chất$lỏng Chiều cao hút bơm Chiều cao hút bơm phụ thuộc: # p1 & pv wv2 ' w12 Hh = ' $$ + + hm.h !! (g % (g 2g " - Áp suất thùng chứa (thường áp suất bể hở) Chiều cao hút không vượt chiều cao cột chất lỏng ứng với 1at (phụ thuộc chiều cao đặt bơm so với mặt nước biển) # p1 & pbh wv2 ' w12 Hh ( ' $$ + + hm.h !! )g % )g 2g " - Áp suất vào bơm (áp suất hút) định áp suất bão hịa chất lỏng, phụ thuộc vào nhiệt độ Trong thực tế, pv phải lớn pbh chất lỏng bơm Áp suất bão hòa chất lỏng tăng theo nhiệt độ, nhiệt độ sơi chất lỏng, áp suất khí Do đó, nhiệt độ chất lỏng tăng, chiều có hút giảm -Vận tốc trở lực đường ống hút Trở lực ma sát, quán tính guồng, tượng xâm thực Hằng số trở lực xâm thực tính theo cơng thức thực nghiệm: Q: suất bơm, m3/s n số vòng quay trục bơm H: áp suất toàn phần bơm, m ( Qn ) = 0,019 hxt H ,m Vận$chuyển$chất$lỏng Bơm pittông Nguyên tắc làm việc bơm pittơng Bơm$thể$tích Cấu tạo: - Phần thủy lực: phần trực tiếp vận chuyển chất lỏng - Phần dẫn động: Truyền lượng từ động đến bơm, làm chất lỏng chuyển động Phân loại bơm pittông - Phân loại theo: mục đích, điều kiện làm việc, tính chất chất lỏng cần vận chuyển - Phân chia theo phương pháp dẫn động: Bơm có dẫn động: động truyền động qua tay biên quay Bơm tác dụng hơi: Pittông nối trực tiếp với máy nước làm việc nhờ động lực máy nước Bơm tay - Phân chia theo cách đặt vị trí Pittông: Bơm nằm ngang Bơm thẳng đứng - Phân chia theo cách làm việc: Bơm tác dụng đơn Bơm tác dụng kép Bơm vi sai Vận$chuyển$chất$lỏng Bơm tác dụng đơn - Có loại: nằm ngang, thẳng đứng - Cấu tạo: van hút, van đẩy - Sau vịng quay trục pittơng chuyển động luợt sang phải lượt sang trái, chất lỏng hút đẩy khỏi xi lanh lần - Bơm làm việc không (nhược điểm chủ yếu) Bơm nhúng chìm Van đẩy pittơng, pittơng chuyển động lên phía trên, chất lỏng từ bể chứa, qua van hút vào xi lanh, đồng thời khối chất lỏng nằm pittôngđược đẩy vào đẩy Khi Pittông chuyển động xuống phía dưới, van hút đóng, van đẩy mở, chất lỏng phía pittơng chảy lên phía pittơng Sau khoảng chạy pittông (đi lên): lỏng hút vào đẩy đồng thời Lúc pittông xuống, chạy không tải Bơm làm việc không Thuận tiện để bơm nước giếng sâu, lỗ khoan (bơm đặt lỗ sâu, xa mặt đất) Vận$chuyển$chất$lỏng Bơm$thể$tích Bơm tác dụng đơn Bơm màng Xi lanh pittông tách rời khỏi hộp van lớp màng đàn hồi Dùng bơm dung dịch ăn mịn mạnh pittông xilanh không tiếp xúc với môi trường ăn mòn, van hộp van màng lớp vật liệu chống ăn mòn bảo vệ Vận$chuyển$chất$lỏng Điểm làm việc bơm ly tâm s Vận$chuyển$chất$lỏng Ghép bơm song song Vận$chuyển$chất$lỏng Ghép bơm nối tiếp Vận$chuyển$chất$lỏng Đồng dạng bơm ly tâm Điều kiện tính tốn chuyển qui mơ cho bơm ly tâm: - Giữ không đổi đồng dạng hình học - Dịng chuyển động, chế độ thủy lực tỉ lệ vận tốc dòng vận tốc vòng khơng đổi, lực ma sát lực qn tính Q = const nd gH = const 2 nd N = const !n d d: kích thước đặc trưng phận bơm (vd: cánh guồng) Vận$chuyển$chất$lỏng Đồng dạng bơm ly tâm Độ quay nhanh cánh guồng n = 3,65 n Q s H ns Đường kính ngồi cánh guồng Dtrong Dngoai Độ quay nhanh cánh guồng > 350 Chất lỏng chuyển động theo đường chéo song song vói trục Năng suất Q tăng, áp suất đẩy giảm (dùng vận chuyển chất lỏng trong nghiệp) Vận$chuyển$chất$lỏng Ưu nhược điểm bơm ly tâm Ưu điểm •Chế tạo đơn giản, chế tạo nhiều loại vật liệu khác •Khơng dùng van •Làm việc với vận tốc cao (tới 100Hz), nối trực tiếp với động điện Nói chung, vận tốc bơm cang lớn motor kích thước bơm nhỏ suất định •Năng suất ổn định •Chi phí bảo dưỡng nhỏ loại bơm khác •Khơng hư hỏng đường ống đẩybị tắc (trong thời gian ngắn) •Kích thước nhỏ bơm Pittơng với cơng suất tương đương •Có thể vận chuyển huyền phù có nồng độ chất rắn tương đối cao Vận$chuyển$chất$lỏng Ưu nhược điểm bơm ly tâm Nhược điểm •Nếu bơm cấp khơng tạo áp suất cao Bơm nhiều cấp đắt tiền, bơm nhiều cấp lại khơng thể làm vật liệu chống ăn mịn có cấu trúc phức tạp •Chỉ hoạt động với hiệu suất cao với điều kiện định •Phải có thao tác mồi bơm •Khơng thể bơm chất lỏng có độ nhớt cao Vận$chuyển$chất$lỏng Bơm hướng trục Đặc trưng Hay dùng thủy lợi có suất cao, áp suất nhỏ Năng suất 0, đến 25m3 Áp suất -6m Hiệu suất 90% Nguyên tắc làm việc - Trong thân bơm, chất lỏng chuyển động dọc theo trục nhờ chong chóng quay Khi khỏi chong chóng, chất lỏng phận hướng chất lỏng chuyển từ chuyển động quay sang chuyển động thẳng theo trục - Trở lực nhỏ, cấu tạo đơn giản Phạm vi sử dụng Tuần hoàn dung dịch hệ thống đặc Vận$chuyển$chất$lỏng Bơm xốy lốc Đặc trưng Hút đẩy theo phương pháp tuyến Cấu tạo Guồng có hóc nhỏ theo hướng bán kính đặt thân hình trụ Giữa guồng thân có rãnh Nguyên tắc làm việc - Nhờ lực ly tâm mà chất lỏng đựoc hút vào hốc guồng đưa vào ống đẩy - Dưới tác dụng lực ly tâm, chất lỏng hốc bị văng rãnh Trong rãnh, duới tác dụng áp suất thủy tĩnh, phần chất lỏng bị đẩy vào hốc Phạm vi sử dụng - Công suất nhỏ, vài chục kW - Bơm chất lỏng nhớt, khơng có cặn bẩn - Cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ, áp suất lớn Vận$chuyển$chất$lỏng Bơm sục khí Nguyên tắc làm việc Theo ngun tắc bình thơng Khí nén qua ống đẩy thổi vào ống làm chất lỏng sủi bọt, khối lượng riêng giảm, hỗn hợp dâng lên qua ống 3, dẫn vào bể chứa đổ vào bể chứa Phạm vi sử dụng - Cấu tạo đơn giản, khơng có phân truyền động - Có thể làm việc nhiệt độ cao - Hiệu suất thấp, suất nhỏ - Có thể hút nhiều loại chất lỏng, kể Axit Vận$chuyển$chất$lỏng Bơm Tuye Đặc trưng - Chất lỏng/khí có vận tốc lớn qua cửa thắt vào buồng trộn, tạo chân không, hút chất lỏng vào buồng chứa - Chất lỏng/khí ban đầu trộn lẫn với dòng chất lỏng cần bơm vào ống có tiết diện rộng dần, vận tốc giảm biến thành đẩy hỗn hợp (áp suất đẩy lớn áp suất chất lỏng/khí làm việc lúc đầu) - Cấu tạo đơn giản - Vận chuyển chất lỏng có tính ăn mịn cao - Chỉ bơm chất lỏng cho phép trộn lẫn với chất lỏng dẫn - Hiệu suất thấp Phạm vi sử dụng Hay dùng để bơm nước vào nồi Vận$chuyển$chất$lỏng Thùng nén Đặc trưng - Hình trụ đứng nằm ngang chứa khơng khí nén/khí trơ - Chất lỏng chảy vào thùng qua van mở thơng với khí - Đẩy chất lỏng lên cao: mở van cho khí nén vào, đóng van thơng khí quyển, mở van đẩy - Làm việc gián đoạn, bán liện tục - Khơng có phân chuyển động nên ăn mịn - Có thể bơm chất lỏng có độ ănmịn cao - Cồng kềnh, hiệu suất thấp Vận$chuyển$chất$lỏng Ống xiphông Nguyên tắc làm việc - Đưa chất lỏng từ bình sang bình khác dựa chênh lệch áp suất mặt thống chất lỏng bình ống - Chẩt lỏng phải chứa đầy ống - Khóa van - Mở van cho bơm chân không hút chất lỏng vào đầy ống - Mở van 3, đóng van - Chất lỏng liên tục chảy từ bình ngồi theo ống - Muốn ngừng làm việc thi mở van thông áp Vận$chuyển$chất$lỏng So#sánh#và#chọn#bơm? Vận$chuyển$chất$lỏng ... – - Bơm thẳng đứng: s/D = 0 ,9 – 1,5 Bơm nén thủy lực: s/D = - - Bơm nước: D