Đồ án môn học máy khuấy trộn trong công nghiệp đề tài thiết kế máy khuấy để tạo hỗn hợp của hai chất lỏng nhớt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ _*** _ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY KHUẤY TRỘN TRONG CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY KHUẤY ĐỂ TẠO HỖN HỢP CỦA HAI CHẤT LỎNG NHỚT Họ tên : Nguyễn Đình Sơn Lớp :64ME Hướng dẫn : GV Vũ Liêm Chính Hà Nội, 2023 MSSV : 169264 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc KHOA CƠ KHÍ Hà Nội, ngày tháng năm 2023 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY KHUẤY TRỘN TRONG CÔNG NGHIỆP Ngành: Kỹ thuật khí Họ tên sinh viên: Nguyễn Đình Sơn Lớp: 64ME I Đầu đề thiết kế: MSSV: 169264 Thiết kế máy khuấy để tạo hỗn hợp hai chất lỏng nhớt II Các số liệu ban đầu: - Năng suất máy (m3/h): - Độ nhớt động lực hỗn hợp (Kg/m.s): 28 - Thể tích chất tham gia khuấy (%): - Khối lượng riêng hỗn hợp (kg/m3): 1100 - Sai số so với sai số chuẩn: 0,003 - Giả thiết chất lỏng Newton III Nội dung phần thuyết minh tính tốn Đại cương khuấy, trộn (đối tượng, chức năng, nhiệm vụ, ) Khái niệm cấu khuấy trộn thường gặp, lĩnh vực ứng dụng Tính tốn thơng số lựa chọn phương án thiết kế Tính tốn bền chi tiết cụm chi tiết chủ yếu (theo nhiệm vụ giao) IV Các vẽ Bản vẽ hình chung máy thiết kế (A0 A1) Bản vẽ cụm thiết kế (A1 A2) Bản vẽ chi tiết (A1 A2) V Ngày giao nhiệm vụ thiết kế ngày tháng năm 2023 VI Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế ngày tháng Bộ môn thông qua năm 2023 Cán hướng dẫn CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ KHUẤY TRỘN Khái niệm chung 1.1 Các khái niệm khuấy trộn Khuấy trộn: Là chuyển động cảm ứng vật theo phương xác định Mơ hình thường chu trình tuần hồn Nó thường thực bên container Khuấy trộn phương pháp theo việc trộn pha thực nhờ khối lượng truyền nhiệt tăng cường pha với bề mặt bên Theo nghĩa chung nhất, trình trộn liên quan đến tất kết hợp pha pha xảy thường xuyên Khí với khí Khí vào chất lỏng: phân tán Khí với chất rắn dạng hạt: hóa lỏng, vận chuyển khí nén, sấy khơ Lỏng với khí: phun ngun tử hóa (tán nhỏ) Chất lỏng với chất lỏng: hịa tan, nhũ tương hóa, phân tán Chất lỏng với chất rắn dạng hạt: huyền phù Các loại bột nhão chất rắn Chất rắn với chất rắn: trộn bột Tương tác chất khí, chất lỏng chất rắn xảy ra, q trình hydro hóa chất lỏng với có mặt chất xúc tác rắn dạng sệt, khí phải phân tán dạng bong bóng hạt rắn phải giữ dạng huyền phù Trộn: Các giai đoạn ban đầu riêng biệt phân bố ngẫu nhiên, đưa vào xuyên qua lẫn Chất lỏng khuấy trộn bể Đáy bể bo trịn Cánh quạt (impeller) tạo mơ hình dịng chảy Bể quy mơ nhỏ (dưới 10 lít) xây dựng thủy tinh Pyrex Đối với bể phản ứng/lớn hơn, thép không gỉ sử dụng Thiết bị giảm tốc sử dụng để kiểm soát tốc độ khuấy trộn Luồng trộn: mơ hình (luồng trục, luồng phân tán, luồng tiếp xúc) Mục đích khuấy Q trình khuấy học sử dụng nhằm mục đích: Tạo hệ đồng từ thể tích lỏng lỏng, khí, rắn có tính chất thành phần khác nhau: Dung dịch, nhũ tương (lỏng- khí), huyền phù (lỏng- rắn) Tăng cường trình trao đổi nhiệt Tăng cường trình trao đổi chất bao gồm q trình chuyển khối q trình hóa học 03 trình thực với hệ đồng thể dị thể khác hệ LỎNG - LỎNG, LỎNG - RẮN, LỎNG - KHÍ 1.2 Các đối tượng 1.2.1 Huyền phù Huyền phù (nổi lơ lửng, từ phù có nghĩa huyền treo hay đeo lơ lửng) hệ gồm pha phân tán hạt rắn lơ lửng môi trường phân tán lỏng (hỗn hợp dị thể); hạt rắn không tan khó tan vào mơi trường phân tán 1.2.2 Đồng hóa Trong khuấy trộn, đồng hóa trình đảm bảo tất thành phần hỗn hợp phân bố toàn dung dịch chất lỏng khuấy trộn Quá trình đồng hóa khuấy trộn sử dụng để đảm bảo đồng sản phẩm cuối cùng, đồng thời cải thiện hiệu suất trình sản xuất Các kỹ thuật đồng hóa khuấy trộn bao gồm việc thay đổi tốc độ khuấy, áp lực, nhiệt độ, thời gian tham số khác để đảm bảo thành phần hỗn hợp khuấy trộn đồng Khi thực cách, đồng hóa khuấy trộn đảm bảo chất lượng tính đồng sản phẩm cuối cùng, tối ưu hóa hiệu suất sản xuất giảm thiểu lãng phí 1.2.3 Tạo nhũ tương: Tạo nhũ tương trình tạo hệ thống hai pha gồm chất lỏng hạt rắn khí phân tán chất lỏng dạng hạt nhỏ Nhũ tương tạo thông qua kết hợp chất lỏng chất nhũ hóa, có khả phân tán hạt rắn khí chất lỏng tạo hệ thống nhũ tương ổn định - Khi tạo nhũ tương cần ý tới ba vấn đề: điều kiện cần thiết để tạo nhũ tương, kích thước giọt bề mặt tiếp xúc pha 1.2.4 Truyền nhiệt Truyền nhiệt trình khuấy trộn q trình truyền đạt nhiệt từ mơi trường xung quanh vào dung dịch khuấy trộn Quá trình quan trọng q trình cơng nghiệp nghiên cứu, ảnh hưởng đến hiệu suất chất lượng trình khuấy Khi khuấy trộn, lượng học truyền vào dung dịch, tạo chuyển động phân tử dung dịch, làm tăng nhiệt độ dung dịch Đồng thời, nhiệt độ xung quanh ảnh hưởng đến nhiệt độ dung dịch Quá trình truyền nhiệt phụ thuộc vào yếu tố diện tích bề mặt tiếp xúc dung dịch môi trường xung quanh, độ nhớt dung dịch tốc độ khuấy Để đảm bảo trình khuấy trộn đạt hiệu cao không gây tổn hại đến chất lượng sản phẩm, cần thiết phải thiết kế thiết bị khuấy phù hợp với quy mơ q trình sản xuất chọn lựa điều kiện nhiệt độ tốc độ khuấy phù hợp 1.2.5 Phun hịa khí Phun hịa khí khuấy trộn kỹ thuật sử dụng để đưa chất khí vào dung dịch trình khuấy trộn Kỹ thuật sử dụng để tăng cường khả hịa tan chất khí dung dịch đạt phân tán đồng Trong q trình này, chất khí phun vào dung dịch cách sử dụng vòi phun nhỏ đầu phun áp lực cao để tạo thành bong bóng khí nhỏ Các bong bóng khuấy trộn hòa tan dung dịch, giúp tăng tốc q trình hịa tan chất khí Phun hịa khí khuấy trộn có ứng dụng rộng ngành sản xuất hóa chất, thực phẩm dược phẩm Nó sử dụng để hịa tan khí Oxy, CO2, Nitơ, hợp chất hữu dung dịch Kỹ thuật sử dụng để tăng tốc trình trao đổi khí - chất lỏng q trình oxy hóa, khử trùng, khử mùi, xử lý nước thải nhiều ứng dụng khác 1.2.6 Tạo dung dịch Tạo dung dịch khuấy trộn trình tạo dung dịch cách pha trộn chất hóa học với bình khuấy trộn Khuấy trộn sử dụng để tăng tốc độ pha trộn đảm bảo chất hóa học phân tán dung dịch Trong trình tạo dung dịch khuấy trộn, chất hóa học đưa vào bình khuấy trộn với lượng định dung môi, thường nước Sau đó, bình khuấy trộn bật lên để tạo luồng lực xoáy, giúp chất hóa học phân tán tan hồn tồn dung môi Thời gian tốc độ khuấy trộn điều chỉnh để đảm bảo trình pha trộn diễn hiệu nhanh chóng Q trình tạo dung dịch khuấy trộn sử dụng nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm sản xuất hóa chất, dược phẩm, thực phẩm, trình xử lý nước mơi trường 1.3 Chức máy khuấy trộn Trộn đều: Giúp trộn thành phần để tạo thành sản phẩm đồng chất lượng cao Hòa tan: Giúp hịa tan thành phần dung mơi lỏng để tạo thành dung dịch hỗn hợp đồng Pha trộn: Kết hợp chất để tạo sản phẩm với tính chất tính khác Phản ứng hóa học: Giúp thực phản ứng hóa học cách khuấy trộn chất lỏng chất tương tác với Nghiền: Giúp nghiền, xay nhỏ hạt để tạo hỗn hợp mịn Tạo bọt: Tạo bọt sản phẩm 1.4 Cấu tạo nguyên lý làm việc máy khuấy trộn Cấu tạo 1.4 Cấu tạo nguyên lý làm việc máy khuấy trộn Cấu tạo Hình 1:Máy khuấy trộn 1- Hệ dẫn động; 2- Khớp nối; 3- Ổ trục; 4- Thiết bị làm kín; 5- Ống; 6- Giá đỡ; 7- Cửa quan sát; 8- Vỏ ngoài; 9- Thùng khuấy; 10- Trục; 11- Cơ cấu khuấy; 12- Cửa xả Hệ dẫn động – phận giúp truyền động từ động đến trục khuấy, bao gồm truyền động bánh răng, dây đai, vòng bi,… Khớp trục – phần giúp kết nối trục khuấy với động Khớp trục đóng vai trị giúp trục khuấy quay cách ổn định, không bị rung lắc hay nghiêng trình khuấy trộn Ổ trục – giúp thiết bị khuấy quay cách ổn định tránh rung động Thiết bị làm kín – giúp tránh làm rị rỉ chất lỏng khí trình khuấy trộn tránh bụi bặm từ ngồi vào Ống – nạp chất lỏng vào bình khuấy trộn Giá đỡ - giúp máy khuấy trộn vững ổn định trình sử dụng Cửa quan sát – cho phép người vận hành quan sát trình khuấy trộn vệ sinh thùng khuấy cần thiết Vỏ – bảo vệ phận bên khỏi yếu tố bên như: bụi bặm, ẩm ướt va đập Thùng khuấy – Chứa chất lỏng cần khuấy trộn 10 Trục – truyền lực dẫn động từ hệ dẫn động đến cấu khuấy 11 Cơ cấu khuấy – tạo động lực để di chuyển chất lỏng bình khuấy, đảm bảo hỗn hợp đạt mục đích khuấy trộn 12 Cửa xả - cho phép người vận hành lấy mẫu xả chất lỏng sau khuấy trộn Nguyên lý làm việc máy khuấy trộn: Hệ dẫn động bao gồm động truyền động Động truyền chuyển động cho truyền động sau truyền động đến trục thơng qua khớp nối đồng thời ổ trục giúp đỡ trục quay Cơ cấu khuấy gắn trục trục quay làm cho cấu khuấy quay theo tạo động lực di chuyển chất lỏng bình khuấy, đảm bảo hỗn hợp đạt mục đích khuấy trộn Vật liệu cấp vào từ ống ( cửa nạp) , trình khuấy cửa quan sát cho phép người vận hành quan sát trình khuấy trộn (cũng vệ sinh thùng khuấy sau sử dụng xong) Sau hồn thành q trình khuấy trộn chất lỏng nhớt xả từ cửa xả cho phép người vận hành lấy mẫu Q trình khuấy thực thùng khuấy Vỏ giúp bảo vệ phân bên khỏi yếu tố bên : bụi bậm; ẩm ướt va đập Thiết bị làm kín giúp tránh làm rị rỉ chất lỏng khí trình khuấy trộn tránh bụi bặm từ vào Giá đỡ giúp cho máy khuấy trộn vũng ổn định trình vận hành Chương 2: Các cấu khuấy trộn thường gặp lĩnh vực ứng dụng Cơ cấu khuấy lĩnh vực áp dụng ST Tên cấu T khuấy Cơ cấu chân vịt Cơ cấu khuấy nghiêng Cơ cấu khuấy Hình vẽ Lĩnh vực áp dụng - Thường cạnh - Dòng chảy: hướng trục - Vận tốc vòng :2 15 m/s - đến 20 Pa.s Ứng dụng: - Đồng - Huyền phù, trao đổi nhiệt - Cánh phẳng đặt nghiêng, cánh phẳng, - Vận tốc vòng (m/s): 10 - : 10 Pa.s Ứng dụng: - Đồng hóa - Tạo huyền phù - Trao đổi nhiệt - Thường cánh hướng tâm - Vận tốc vòng (m/s): - (Pa.s): đến 10 Ứng dụng: - Đồng hóa → dịng hướng kính - Tạo nhũ tương - Trao đổi nhiệt đích toán đặt mà lựa chọn Các dạng cụm khuấy trộn kết cấu xuất phát từ nghiên cứu thực nghiệm Các Hình 1, 2dưới dạng cụm dẫn động thường gặp công nghiệp 1: Bộ truyền đai; 2: Động cơ; 3: Giá đỡ động cơ; 4: Thùng trộn; 5: Cánh dẫn hướng; 6: Cánh trộn; 7: Ống khuếch tán; 8: Cửa xả; 9: Trục trộn; 10: Giá đỡ trục; 11: Bao che truyền đai 1: Hình 1: Máy khuấy trộn dẫn động qua truyền đai Động liền hộp giảm tốc; 2: Cụm ổ đỡ; 3: Trục khuấy trộn; 4: Cánh trộn chân vịt; 5: Cửa xả; 6: Thùng trộn; 7: Nắp thùng trộn; 8: Cửa nạp; 9: Giá đỡ Hình : Máy khuấy trộn dẫn động trực tiếp 13 3.2 Chọn sơ cấu khuấy : Hình 3: Một số dạng cánh khuấy thường gặp P: Chân vịt; SB: Cánh nghiêng (Tua bin); SE: Dạng bản; IM: Inter mix; B: cánh; SN: Dạng vít; W: Lồng vít Bảng 3.2: Ứng dung mơt sơ dang câu khuây Dong Cơ câu Viêt khuây tăt Dang chân vit Canh nghiêng (tua bin) Dang tua bin cánh Inter mix Miên sư dung hơp ly chuyên đông η (kg/ms) Linh vưc ap dung chât long Re (Pa.s) P a 10.000 H,S,E,W SB a-r 10.000 H,S,E SE r - 10 E, B IM a-r - 40 S,B,W 14 Dạng Tuabin Dang vit Lông vit B BA SN W r r a a - 50 100 100 100 H H H, S H, W H: Đồng hóa; S: Tạo huyền phù; E: Nhũ tương hóa; W: Truyền nhiệt; B: Thốt khí a: Dịng chuyển động dọc trục; r: Dịng chuyển động hướng tâm Từ hình bảng (3.2) ứng với = 28 kg/ms có thông số sau: BA: Dạng tua bin cánh khuấy SN: Dạng vít W: Dạng lồng vít (vít kép) B: Dạng P: Chân vịt Kết luận Để tạo đồng hóa tạo dung dịch theo Bảng 3.1 có dạng cấu khuấy dạng vít, dạng tua bin, dạng lồng vít dạng làm Ta chọn sơ cấu khuấy dạng vít tua bin cánh khuấy 3.3 Tính tốn thơng số cấu khuấy máy thiết k Chọn sơ chuẩn Re (do chưa có thơng số n) Từ bảng 3.1 chọn sơ Re = 10 (Sau tính xác Re) Với Re vừa chọn loại hệ thống khuấy BA SN đáp ứng tốt Phương án A : Tính tốn thơng số cho BA ( Vierlelattruhrer) 15 P: Dạng chân vịt; SB: Cánh nghiêng (tua bin); SE: Dạng bản; IM: Inter mix; B: Dạng cánh; SN: Dạng vít; W: Dạng lồng vít; Hình : Hệ số công suất Ne theo Re số dạng cấu khuấy trộn [17] a1 – Tra Ne (NewtonZahl) hình ứng với Re = 10 có Ne ≈ 19 a2 – Tính đường kính cấu khuấy (bảng 3.3) Bảng 3.3 Kích thước chủ yếu thùng khuấy 16 a2 – Tính đường kính cấu khuấy (bảng 7.3) dk = 0,5dB = 0,5m a3 – Xác định số vòng quay n (7.16) (7.16) Suy ra: ( v/s ) a4 – Tính cơng suất: (7.22) (W) a5 – Tính lại Re có khác biệt n a6 – Tính tốn thời gian trộn 17