Các quá trình cơ học-Chương 13: Khuấy chất lỏng docx

Nhũ tương hóa... Xác định số vòng quay của cánh khuấyThường số vòng quay được xác định bằng thực nghiệm theo: s v ; d v... Hãy xác định hai thông số phân bố vận tốc ψ1 và ψ2?.

1 KHÁI NIỆM

2 CẤU TẠO CÁNH KHUẤY, QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG LƯU CHẤT TRONG BỂ KHUẤY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GẮN CÁNH KHUẤY.

2.1.Cánh khuấy mái chèo

2.2.Cánh khuấy chong chóng – chân vịt

2.3.Cánh khuấy turbin

2.4.Cánh khuấy đặc biệt

2.5.Phương pháp gắn cánh khuấy vào bình

 Tùy theo vị trí hoặc yêu cầu công nghệ mà có những phương pháp sau đây:

a) Trục khuấy song song trục bình

b) Trục khuấy tạo một góc α với trục bình

c) Trục khuấy vuông góc với trục bình

d) Khi chiều cao bình gấp ba lần đường kính bình thì lắp

nhiều tần cánh khuấye) Khi trong bình có gắn tấm ngăn (tấm chặn – vật cản)

 Hình (H13.6) mô tả các phương pháp gắn cánh khuấy khác nhau:

2.5.Phương pháp gắn cánh khuấy vào bình (tt)

So sánh hai trường hợp khi bình chứa có tấm ngăn và không (xem bảng 13.1)

3 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG

 Bán kính hoạt động: ; m

0021 ,

0

N

747

15 , 0 a

.

V

=

r r

r

r

ρ ρ

ρ η

 Các đại lượng hình học:

 Lực ma sát ngoại: ; N

2

v A

F = ξ ρh 2

 Cường độ khuấy:

Chuẩn số Reynols khuấy

υ

= µ

ρ

k n d n d Re

Công suất khuấy: N = KN.ρh.n3.d5k;W

3 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG (tt)

 Thông số động học

Thể hiện qua vận tốc quay cánh khuấy; (v/s)Vận tốc góc ω của trục

Vận tốc của dung dịch, vận tốc này có 3 dạng

 Công suất khuấy riêng ε; là công suất tính cho một đơn vị chất lỏng trong bình

 Sự chuyển động tuần hoàn của dung dịch trong bình khuấy khi hoạt động với điều kiện (hk2 < dk) - q (m3/s): gọi tắt là lưu lượng tuần hoàn

s

m

; d n e

K

=

q

4 XÁC ĐỊNH VẬN TỐC CÁNH KHUẤY

4.1 Khi bình khuấy không gắn các tấm ngăn

k

2 k

N k

t

R

r.

K

r.

4 , 0

v

ξ ϕ

0 k

36 ,

0 k

k k

5 CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ QUÁ TRÌNH KHUẤY

5.1 Hàm phân bố thời gian

Trong quá trình khuấy, khi vận tốc tăng thì thời gian khuấy giảm, nó được biểu thị bằng mối quan hệ

const G

n

.t C

2 D

k = =

5.3 Sự trao đổi nhiệt trong bình khuấy

5.3 Sự hòa tan và đồng hóa

5.3.1 Khi không có tấm ngăn

5.3.2 Khi có tấm ngăn

5.4 Huyền phù hóa

5.5 Nhũ tương hóa

5.6 Tính công suất khuấy

Có hai phương pháp tính công suất khuấy là:

Theo ma sátTheo cường độ khuấyE (N/m2)5.6.1.Tính công suất khuấy theo ma sát

W

; d n

k

3 h

d n

5.6.1.Tính công suất khuấy theo ma sát (tt)Giải đồ Ruston

5.6.1.Tính công suất khuấy theo ma sát (tt)

 Xét từng trường hợp cụ thể sau đây:

5.6.2.Tính công suất theo cường độ khuấy E

m

N

; ,

f

Công suất khuấy có dạng tổng quát sau:

Khi cánh khuấy chuyển động trong dung dịch thì trở lực đặc trưng bởi đại lượng

2 25

,

0 k k

N

; R

Z

Click vào đây để xem hình H13.9

5.6.2.1.Tính chuẩn số công suất (KN) theo phương pháp giải tích

 Khi không có tấm ngăn: KN = 4.ξk.K1

 Khi có tấm ngăn: K N = 4 ξ k Z k K p

5.6.2.2.Tính chuẩn số công suất (KN) theo đồ thị

Click vào đây để xem đồ thị hình H13 11

Ghi chú: Chú ý khi tra cứu K N trước tiên ta phải xác định

đồng dạng G D , các giá trị trên hình (H13.11) và (H13.12) là một tầng cánh khuấy Z k =1

Click vào đây để xem đồ thị hình H13 11

5.6.2.3.Tính chuẩn số công suất (KN) theo pt chuẩn số

Dạng tổng quát: KN = A Re Với A, m: hằng số, số mũ tra bảng (13.8)mk

5.6.2.4.Tính công suất khi có pha khí tham gia

W

; d n

K

=

h Ng

H d

D

k

h k

≠

≈

W

; f d n

K

=

N N ρh 3 5k

5.6.2.5.Hiệu chỉnh công suất khuấy (tt)

Hệ số f phụ thuộc vào cấu trúc cánh khuấy như sau:

 Loại bản, tấm, mái chèo

0 D

H

3

1 5

1 d

h

4 5 ,

2 d

D

h k

k

3 , 0 k

6 , 0 k h

1 , 1

h

4 d

H d

3

D f

6 , 0 k h

1 , 1

h

15

d

H

d 11 , 1

D f

 Loại chong chóng, turbin kín, hở

5.6.2.5.Hiệu chỉnh công suất khuấy (tt)

6 ,

0 h

93 , 0

H d

3

5.7 Xác định số vòng quay của cánh khuấy

Thường số vòng quay được xác định bằng thực nghiệm theo:

s

v

; d

v

20

n

k th

=

6 BÀI TẬP

Bài 1 Một bình khuấy, đường kính D = 2,4 m, chiều cao bình

Ht= 3m, chiều cao mức chất lỏng trong bình Hh = 2,8m, sử

dụng cánh khuấy turbin hở dk = 0,8m, số vòng quay cánh

khuấy n = 124,8 v/phút, bình không gắn tấm ngăn, môi trường dung dịch khuấy có ρ = 1000 kg/m3, độ nhớt động học υ =

2.10-6 m2/s Hãy xác định hai thông số phân bố vận tốc ψ1 và

ψ2?

Bài giải

Bài 2 Chế tạo huyền phù bằng cách trộn CaCO3 có khối lượng riêng ρ = 2710 kg/m3 vào trong nước có khối lượng riêng ρ =

1000 kg/m3 và độ nhớt động lực µ = 1cP bằng thiết bị khuấy hình trụ D=0,6m, tỷ số chứa β = 0,8 Dùng loại cánh khuấy mái chèo dk = 0,2m, số vòng quay n = 132v/phút, bình khuấy không gắn tấm ngăn, biết nồng độ khối lượng pha rắn x = 4% Quá trình khuấy gián đoạn, năng suất G = 180 kg/mẻ Tính:

• Chiều cao bình khuấy Ht

• Tính hk1 biết độ ngập 3/5 huyền phù

• Tính công suất động cơ biết Kd = 1,4 và η = 80%

• Tính thời gian khuấy một mẻ?

•Tính khối lượng riêng huyền phù (dùng công thức [13 – 30b])

h

4 , 1068

0 6

, 0 14 , 3

4 17 ,

0 H

2

• Tính chiều cao bình: 0 , 75 m

8 , 0

60 ,

0 8

, 0

5

3

hk1 = h = =

Bài giải

Bài giải (tt)

• Tính chế độ thuỷ động trong bình

4 3

2

2 k

h

10

2 , 0 2 , 2 4 ,

6 ,

0 d

D G

• Kiểm tra số liệu hiệu chỉnh f; tỉ số hình học

⇒ không cần nhân thêm f

3 2

, 0

6 ,

0 d

H

k

Bài giải (tt)

• Công suất khuấy: N = KN ρh n3 d5k = 0 , 7 1068 , 4 2 , 23 0 , 25 = 2 , 55 ; W

• Công suất động cơ (áp dụng công thức [13 – 57]):

W 5 , 4 4

, 1

8 , 0

55 ,

2 K

N

η

=

• Xác định thời gian khuấy (từ công thức [13 – 24]:

và bảng (13.2) với cánh khuấy mái chèo, không tấm ngăn

Ck = 35 ⇒

n

G C t

2 D k

=

s 2 ,

143 2

, 2

3 35 t

2

=

=

Đáp số: H t = 0,75 m; h k1 = 0,36m; N dc = 4,5W; t = 143,2s

6 BÀI TẬP

Bài 3 Thiết bị tạo huyền phù hình trụ đường kính D = 1,2m,

chiều cao Ht = 1,1m, chứa đầy ¾ huyền phù Biết ρh = 1000kg/m3, µ = 1cP Dùng cánh khuấy chong chóng dk = 0,4m với số vòng quay n = 400v/phút, hệ số Kd = 1,4; hiệu suất η = 0,8, bình không tấm ngăn Tính công suất động cơ?

Bài giải

• Trước hết tính chế độ thuỷ động

⇒ Chảy rối

6 3

2 2

60

400

1000 d

n

3 06 ,

2 4

, 0

825 ,

0 d

825 , 0

1 D

H d

3

D f

6 , 0 6

,

0 h

93 , 0 k

1000

1485 ,

Ndc = =