Báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị công nghệ bài 2 cột chêm

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ Bài 2 Cột chêm NĂM HỌC 2018 2019 I Trích yếu I 1 Mục đích thí ng[.]

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ BÀI 2: CỘT CHÊM NĂM HỌC 2018 - 2019 I: Trích yếu I.1 Mục đích thí nghiệm Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất khả hoạt động cột chêm cách xác định: a) Ảnh hưởng vận tốc dịng khí lỏng lên tổn thất áp suất (độ giảm áp) qua cột b) Sự biến đổi hệ số ma sát cột khô f ck theo chuẩn số Reynolds (Re) dịng khí suy hệ thức thực nghiệm c) Sự biến đổi thừa số σ liên hệ độ giảm áp dịng khí qua cột khơ qua cột ướt theo vận tốc dòng lỏng d) Giản đồ giới hạn khả hoạt động cột (giản đồ ngập lụt gia trọng) I.2 Cơ sở lý thuyết + 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 lỏng 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 = αGGn (1) 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 dịng lỏng tăng lên 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 dịng khí q trị số tới hạn này, ảnh hưởng cản trở hỗ tương dòng lỏng dòng khí lớn, Pc tăng mau chóng khơng theo phương trình (1) Dịng lỏng lúc chảy xuống khó khăn, cột chêm điểm lụt + Hệ số ma sát fck theo Rec cột khô: Trở lực cột khơ: Trong h- chiều cao lớp đệm, m w0 - vận tốc pha khí a- bề mặt riêng, m2/m3 ε- độ xốp, m3/m3 ρk - khối lượng riêng khơng khí, kg/m3 fck- hệ số ma sát dòng chảy qua lớp hạt, phụ thuộc vào Rek Khi chuyển động màng (Rek 40): fck 40 = Rek 16 0,2 = Rek + Độ giảm áp Pcư cột ướt: Sự liên hệ độ giảm áp cột khô Pck cột ướt Pcư biểu diễn sau: Pcư = σPck Do dự kiến fcư =σ.fck Với σ: hệ số phụ thuộc vào mức độ xối tưới dòng lỏng L, kg/m2.s Leva đề nghị ảnh hưởng L lên σ sau: σ = 10 ΩLL hay log σ= ΩLL Giá trị σ phụ thuộc vào loại, kích thước, cách thức xếp vật chêm (xếp ngẫu nhiên hay theo thứ tự) độ lớn lưu lượng lỏng L + Điểm lụt cột chêm Khi cột chêm bị ngập lụt, chất lỏng chiếm toàn khoảng trống phần chêm, dòng chảy bị xáo trộn mãnh liệt, tượng bất lợi cho hoạt động cột chêm Gọi giá trị G L tương ứng với trạng thái GL* Zhavoronkov kết luận trạng thái ngập lụt xảy hai nhóm số sau có liên hệ định với cho cột 1 = Và ( f ck a v G ) td 0,2  2g L 2 = L G G L Với: fck: hệ số ma sát cột khô v: vận tốc dài dịng khí trước vào cột, m/s  td : td  l nuoc độ nhớt tương đối chất lỏng so với nước , chất lỏng nước td =1 Do liên hệ 1 ,  giản đồ log 1 -log  xác định giản đồ lụt cột chêm, phần giới hạn hoạt động cột chêm đường II: Thiết bị phương pháp thí nghiệm II.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm: Chú thích: I- Máy thổi khí II-Lưu lượng kế dịng khí III-Cột chêm IV-Bồn chứa V-Bơm VI-Lưu lượng kế dòng lỏng 1,2- Van điều chỉnh lưu lượng 3-Van xả nước đọng ống khí 4,6- Van điều chỉnh lưu lượng dịng khí 5- Van tạo cột chất lỏng ngăn khí 7- Van điều chỉnh mức nước cột chêm 8- Van xả nhanh lụt cột chêm 9- Van xả đáy bồn chứa D- Lớp đệm vòng sứ Raschig II.2 Phương pháp thực hành thí nghiệm thực tế: a) Khóa lại tất van lỏng (từ đến 8) b) Mở van khóa van 1, c) Cho quạt chạy phút để thổi hết ẩm cột Tắt quạt d) Mở van Sau cho bơm chạy e) Mở van từ từ khóa van để chỉnh mức lỏng đáy cột ngang với ống ống định mức g (3/4 chiều cao đáy cột) Tắt bơm khóa van f) Đo độ giảm áp cột khơ:  Khóa tất van lỏng lại Mở van cịn van đóng Cho quạt chạy từ từ mở van để chỉnh lưu lượng khí vào cột  Ứng với giá trị lưu lượng khí chọn ta đọc Pck áp kế chữ U theo mmH2O Đo xong tắt quạt, nghỉ phút g) Đo độ giảm áp cột ướt:  Mở quạt điều chỉnh lưu lượng khí qua cột khoảng 15-20%  Mở van cho bơm chạy Dùng van lưu lượng kế để điều chỉnh lưu lượng lỏng Nếu mở tối đa mà phao khơng lên dùng van để tăng lưu lượng lỏng  Ứng với lưu lượng lỏng chọn cố định, ta chỉnh lưu lượng khí đọc độ giảm áp Pcư giống Pck trước Chú ý tăng lưu lượng khí đến điểm lụt thơi Chú ý: a) Trong q trình đo độ giảm áp cột ướt, cần canh giữ mức lỏng đáy cột ln ổn định ¾ chiều cao đáy cách chỉnh van Nếu cần, tăng cường van để nước cột bình chứa b) Khi tắt máy phải tắt bơm lỏng trước, mở tối đa van sau tắt quạt c) Nếu sơ suất để nước tràn vào ống dẫn khí mở van xả nước phía bảng III: Số liệu xử lý số liệu Kết đo tính tốn trình bày theo bảng sau: a Kết đo được: Bảng 1: Độ giảm áp P (mmH2O) Khí (l/p) Lỏng(l/p) 60 80 100 120 140 160 180 0.3 7.1 7.5 8.2 10.4 19.8 0.4 7.5 7.8 26 0.5 8.6 9.4 0.8 9.6 1.1 10.3 1.5 2.1 b Kết tính tốn: Bảng 2: Các trị số kết cột khô L=0 G, kg/s.m² Pck/Z, (N/m²)/m 0,183 0,244 5,886 7,848 fck 6,23 5,88 Reck 111,34 148,46 0,305 9,81 0,366 15,696 0,427 21,582 0,488 29,43 0,549 41,202 5,62 5,42 5,26 5,12 5,00 185,57 222,69 259,80 296,92 334,03 Ví dụ: Pck/Z = (0,3 x 9,81)/0,5 =5,886 (N/m²)/m Với Z=0,5 (m) chiều cao phần chêm Ví dụ: Khi wk =60 (L/p) Diện tích cột chêm: S= d x = 0, 092 x =6, 36.10-3 (m2) Khối lượng riêng khí ρk =1,165 (g/l) =1,165 (kg/m3) =>Vận tốc khối lượng dịng khí đơn vị diện tích cột: G=  k xwk S = 1,165 x0, 001 6,36.10  =0,183 kg/s.m2 Ví dụ: Khi G =0,183 kg/m.s μ = μo 273  C T 3/ ( ) T  C 273 = Rek = 4G a k = 17,3.10 x 0,183 349,5 x1,881.10 -6 (273  124) 273  30 3/2 ( ) x (273  30  124) 273 =1,881.10-5 (Pa.s) =111, 346 (Rek >40 suy chuyển động xoáy) fck= 16 Rek 0,2 = 16 111,3460,2 = 6,234 Tương tự cho Recư Bảng 3: Các trị số kết trường hợp cột ướt L=3 l/p G, kg/m2.s 0,183 0,244 0,305 0,366 0,427 Pcư/Z, (N/m²)/m 26,752 35,669 44,586 71,338 98,09 fcư= σ fck Recư 28,335 26,752 25,584 24,666 23,916 111,891 111,891 111,891 111,891 111,891 Ví dụ: Khi fck =6,234 ΩL =0,084 Lưu lượng dịng lỏng đơn vị diện tích cột kg/m2.s 5.10  x996 0, 09  L= =7,828 σ = 10ΩLL =10(0,084x7,828) = 4,545 kg/m2.s fcư = σ fck =4,545 x 6,234 = 28,335 kg/m2.s Bảng 4: Các trị số kết trường hợp cột ướt L=4 l/p G, kg/m2.s Pcư/Z, (N/m²)/ fcư= σ fck m Recư 0,183 0,244 0,305 44,309 59,079 73,849 46,933 44,309 42,375 149,183 149,183 149,183 Bảng 5: Các trị số kết trường hợp cột ướt L=5 l/p G, kg/m2.s 0,183 0,244 Pcư/Z, (N/m²)/ fcư= σ fck m 73,41 77,753 97,88 73,412 Recư 186,486 186,486 Bảng 6: Các trị số kết cột lụt G*, kg/m2.s L/G* 1 2 Ví dụ: f ck a v G f ck a v G 0,2 ( ) td ( ) 2g L 1 =  =  2g L 2 = L G G L = Bảng 7: Các kết quả, hệ thức thực nghiệm Mối liên hệ Log Pck/Z theo log G Pcư/Z theo G L(l/p) Kết thực nghiệm y=0,5369x -1,0979 y=292,37x-33,886 y=242,13x-0,001 y=405.15x Log fck theo Rec Log fcư theo Rec G=0,183 kg/m2.s G=0,244 kg/m2.s G=0,305 kg/m2.s Log σ theo L Đồ y=1E-12x2-8E07x+0,8752 y=0,0078x y=0,011x y=0,0101x+1E-16 y=0,0839x + 0,0011 y=0,0839x + 0,0011 y=0,0839x + 0,0011 thị IV: Nhận xét đánh giá bàn luận kết thí nghiệm 1) Ảnh hưởng G lên độ giảm áp cột khô cột ướt Như nhắc đến phần sở lý thuyết trên, độ giảm áp dịng khí qua cột phụ thuộc vào vận tốc khối lượng G dịng khí Khi vận tốc dịng khí tăng dần độ giảm áp tăng theo Đối với cột khô có lưu lượng khí Pck/Z tăng theo lũy thừa (tuyến tính) theo G Cịn có dịng lỏng chảy ngược chiều, vận tốc dịng khí tăng lên độ giảm áp tăng vọt theo Tăng vọt nghĩa ban đầu dịng lỏng chưa có có khí thổi vào cột có lỏng chảy ngược chiều, độ giảm áp tăng không tăng theo quán tính đường thẳng mà tăng “vọt” sau tăng lưu lượng dịng lỏng ổn định dần độ giảm áp từ từ ổn định theo Cho đến mà dòng lỏng chảy khó khăn cột điểm lụt 2) Mục đích cách sử dụng giản đồ f theo Re Giản đồ f theo Re dùng để biểu diễn phụ thuộc hệ số ma sát dòng chảy vào lưu lượng dòng lưu chất Khi mà lưu lượng dịng tăng hệ số ma sát nhỏ ngược lại Nên ta thấy có dịng khí qua cột chêm fck lớn nhỏ dần theo lưu lượng dịng khí tăng dần Cũng fcư, lúc có dịng lưu chất chảy ngược chiều nhanh tăng dần lưu lượng nên f cư bé nhỏ dần Mục đích giản đồ f theo Re xác định lưu lượng dòng cho hợp lý để hệ số ma sát nhỏ, hiệu suất truyền khối cao tránh cột ngập lụt Cách sử dụng giản đồ f theo Re: giả sử ta biết giá trị f Re ta gióng đường thẳng song song với trục hồnh trục tung,đường thẳng cắt giản đồ điểm.Và giao điểm ta lại kẻ tiếp đường thẳng song song với trục tung trục hồnh.Giá trị trục tung trục hồnh giá trị ứng với giá trị mà có ban đầu 3) Sự liên hệ đối tượng khảo sát có theo dự đốn khơng? Nếu khơng giải thích lý Dựa kết thực nghiệm phương trình đường mối liên hệ đại lượng, thơng số với nhau, ta xem đối tượng khảo sát liên hệ gần theo dự đốn Nói gần q trình thực hành thí nghiệm khó đạt độ xác tuyệt đối theo lý thuyết mà phụ thuộc vào yếu tố khách quan chủ quan bên ngồi Những thơng số ta thu nhận chắn có sai lệch ảnh hưởng đến lý thuyết cần chứng minh không nhiều Log Pck/Z theo log G đường thẳng tuyến tính Vận tốc dịng khí vào cột khô tăng dần theo độ giảm áp của cột đơn vị diện tích Pcư/Z theo G giá trị tương ứng dòng lỏng L có xu hướng tăng dần theo lưu lượng lỏng Ban đầu L=3 l/p, dòng lỏng tăng cách đột ngột L ban đầu nên đồ thị tăng biến động theo độ giảm áp đơn vị diện tích cột chưa kịp ổn định theo lưu lượng dòng lỏng L Nhưng tăng L từ l/p dần lên l/p l/p, lưu lượng lỏng tăng nên đường thẳng trở nên tuyến tính dẫn đến Pcư/ Z tăng dần cách ổn định Tài liệu tham khảo [1] GS,TSKH Nguyễn Bin tập thể, Sổ tay Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất, Tập 1, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật Hà Nội [2] Giáo trình Bộ mơn thí nghiệm q trình thiết bị công nghệ [3] Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt truyền khối, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh năm 2015  ... 15,696 0, 427 21 ,5 82 0,488 29 ,43 0,549 41 ,20 2 5, 62 5, 42 5 ,26 5, 12 5,00 185,57 22 2,69 25 9,80 29 6, 92 334,03 Ví dụ: Pck/Z = (0,3 x 9,81)/0,5 =5,886 (N/m²)/m Với Z=0,5 (m) chiều cao phần chêm Ví dụ:... tập thể, Sổ tay Quá trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất, Tập 1, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật Hà Nội [2] Giáo trình Bộ mơn thí nghiệm q trình thiết bị cơng nghệ [3] Bảng tra cứu q trình học truyền... đồ lụt cột chêm, phần giới hạn hoạt động cột chêm đường II: Thiết bị phương pháp thí nghiệm II.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm: Chú thích: I- Máy thổi khí II-Lưu lượng kế dịng khí III -Cột chêm IV-Bồn