Phúc Trình Tn Qttb - Cột Chêm.docx

Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Kỹ thuật Hóa học BỘ MÔN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ  Bài CỘT CHÊM CBHD Sinh viên MSSV Nhóm Lớp Ngày TN Năm học 2022 2023 MỤC LỤC I TRÍCH[.]

Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Kỹ thuật Hóa học BỘ MƠN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ  Bài: CỘT CHÊM CBHD: Sinh viên: MSSV: Nhóm: Ngày TN: Năm học 2022-2023 Lớp: MỤC LỤC I.TRÍCH YẾU .3 Mục đích thí nghiệm .3 Phương pháp thí nghiệm II LÝ THUYẾT TN .3 2.1 Độ giảm áp dịng khí 2.2 Hệ số ma sát fck theo Rec cột khô .4 2.3 Độ giảm áp Pcư cột ướt: 2.4 Điểm lụt cột chêm: III DỤNG CỤ, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .7 4.1 Kết số liệu thô .7 4.2 Kết xử lý số liệu vói cột khô 4.3 Kết xử lý số liệu với cột ướt .8 V BÀN LUẬN 15 4.1 Nhận xét kết thí nghiệm thô: 15 4.2 Mục đích cách sử dụng giản đồ f theo Re 16 4.3 Sự liên hệ giữa đối tượng khảo sát có theo dự đốn khơng? Nếu khơng, giải thích lý do? .16 VI PHỤ LỤC 16 VII TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 I.TRÍCH YẾU Mục đích thí nghiệm Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất khả hoạt động cột chêm cách xác định:  Ảnh hưởng vận tốc dịng khí lỏng lên tổn thất áp suất (độ giảm áp) qua cột  Sự biến đổi hệ số ma sát cột khô fck theo chuẩn số Reynolds (Re) dịng khí suy hệ thức thực nghiệm  Sự biến đổi thừa số  liên hệ độ giảm áp dịng khí qua cột khơ qua cột ướt theo vận tốc dòng lỏng  Giản đồ giới hạn khả hoạt động cột (giản đồ ngập lụt gia trọng) Phương pháp thí nghiệm Nội dung thí nghiệm  Đo độ giảm áp cột khơ  Đo độ giảm áp cột ướt Chú ý: Trong trình đo độ giảm áp cột ướt cần canh giữ mức long đáy cột ổn định ¾ chiều cao đáy cách chỉnh van xả cân lỏng van xả đáy Khi tắt máy phải tắt bơm lỏng trước, mở tối đa van xả đáy sau tắt máy nén II LÝ THUYẾT TN 2.1 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 dịng 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 = Gn với n = 1,8 – 2,0 (1) 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 dòng lỏng tăng lên đặn trí 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 dịng lỏng dịng khí lớn, Pc tăng mau chóng khơng theo phương trình (1) Dịng lỏng lúc chảy xuống khó khăn, cột chêm điểm lụt Đường biểu diễn log(Pc/Z) (độ giảm áp suất dịng khí qua đơn vị chiều cao phần chêm cột) dự kiến trình bày hình 2.2 Hệ số ma sát fck theo Rec cột khô Chilton Colburn đề nghị hệ thức liên hệ độ giảm áp dịng khí qua cột chêm khô với vận tốc khối lượng dịng khí qua cột Pck 2f ck G 2Z h w g Dh , N/m2 Z: chiều cao phần chêm, m G: vận tốc khối lượng dịng khí dựa đơn vị tiết diện cột, kg/s.m2 Dh: kích thước đặc trưng vật chêm, m g: khối lượng riêng pha khí, kg/m3 h: hệ số điều chỉnh dùng cho vật chêm rỗng w: hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng thành cột lên độ xốp cột chêm Sherwood tổng hợp kết số nghiên cứu đưa trị số sau cho vòng sứ Raschig: h = 0,35 w = Tuy nhiên, Zhavoronkov đề nghị hệ thức khác xác đưa trị số độ xốp cột chêm vào hệ thức: 2f ck G Z Pck    G D e , N/m2 Với: : độ xốp vật chêm 4 De  : a đường kính tương đương vật chêm, m a: diện tích bề mặt riêng vật chêm, m2/m3 Hệ số ma sát fck hàm số theo chuẩn số vô thứ ngun Rec, với Rec tính theo cơng thức sau: Re c  GD e 4G   a : độ nhớt dịng khí, kg/ms Zhavoronkov xác định dịng khí chuyển từ chế độ chảy tầng sang chế độ chảy rối ứng với trị số Rec = 50 Trong vùng chảy rối, 50 < Rec < 7000 với cột chêm ngẫu nhiên Ta được: 3,8 f ck  0,2 Re c Tuy nhiên, hệ thức tổng qt khơng xác khơng xem xét tồn ảnh hưởng hình dạng vật chêm 2.3 Độ giảm áp Pcư cột ướt: Sự liên hệ độ giảm áp cột khô Pck cột ướt Pcư biểu diễn sau: Pcư = Pck Do dự kiến fcư = fck Với : hệ số phụ thuộc vào mức độ xối tưới dòng lỏng L, kg/m2s Leva đề nghị ảnh hưởng L lên  sau:  = 10L hay log = L Giá trị  tùy thuộc vào loại, kích thước, cách thức xếp vật chêm (xếp ngẫu nhiên hay theo thứ tự) độ lớn lưu lượng dịng lỏng L Thí dụ với vật chêm vòng sứ Raschig 12,7mm, chêm ngẫu nhiên, độ xốp  = 0,586; giá trị L từ 0,39 đến 11,7 kg/m2s cột hoạt động vùng điểm gia trọng  = 0,084 Một số tài liệu biểu diễn phụ thuộc tỉ số p cö p ck với hệ số xối tưới sau:  GL  q   F   L  g Khi A< 0,3 cho vật chêm sứ có d < 30mm, ta có: p cö  p ck (1  A )3 4G L Re L  Fa L A 33 2.4 1,75 Re 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 GL 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  f ck a  v  G 0,2    tñ    2g  L 2  L G G L Và Với fck: hệ số ma sát cột khơ v: vận tốc dài dịng khí trước vào cột, m/s tñ  l ,  nước chất lỏng nước tđ: độ nhớt tương đối chất lỏng so với nước, tđ = Do liên hệ 1, 2 giản đồ log1 - log2 xác định giản đồ lụt cột chêm, phần giới hạn hoạt động cột chêm đường III DỤNG CỤ, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Gồm có: - Cột thủy tinh, bên vòng sứ Raschig xếp chêm ngẫu nhiên - Hệ thống cấp khí gồm có: - Bơm (quạt) thổi khí - Ống dẫn khí - Áp kế sai biệt chữ U - Lưu lượng kế khí - Hệ thống cấp nước gồm: - Thùng chứa nước nhựa N - Bơm chất lỏng BL - Lưu lượng kế lỏng Cột thủy tinh borosilicate  Đường kính d = 0,075 m  Chiều cao H = 1.4m  Vật chêm xếp ngẫu nhiên, vịng Raschig kích thước 10x10 mm làm thủy tinh borosilicate IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.1 Kết số liệu thô G (lit/phút) 25 50 75 100 125 150 175 200 G (m3/s) 0.0004167 0.0008333 0.00125 0.0016667 0.0020833 0.0025 0.0029167 0.0033333 P ck L= P ck 10 20 30 47 70 110 160 205 60.0 70.00 80.00 90.000 100.000 110.000 120.000 130 140 150 12 24 49 69 139 213 320 431 23 56 95 161 246 314 396 25 63 96 140 245 360 20 34 69 104 184 300 370 20 43 70 115 235 350 400 14 32 55 85 140 265 365 430 20 33 65 109 175 315 385 475 22 50 108 238 345 425 20 31 65 115 275 370 20 50 89 277 303 4.2 Kết xử lý số liệu vói cột khơ Đồ thị: 4.3 Kết xử lý số liệu với cột ướt Đồ thị: Đồ thị: Đồ thị: Đồ thị: 10 Đồ thị: 11 Đồ thị: Đồ thị: 12 Đồ thị: Đồ thị: 13 Bảng giá trị cột lụt: Giản đồ: 14 V BÀN LUẬN 4.1 Nhận xét kết thí nghiệm thơ: - Khi vận tốc khối lượng dịng khí dựa đơn vị diện tích cột G tăng, độ giảm áp tăng cách tuyến tính - Khi lưu lượng lỏng L tăng, cột nhanh gần đến điểm lụt 15 4.2 Mục đích cách sử dụng giản đồ f theo Re Khảo sát ảnh hưởng hệ số ma sát hệ số Re Biểu diễn phụ thuộc trở lực cột chêm vào lưu lượng dòng lưu chất Nếu lưu lượng dịng lưu chất lớn hệ số ma sát hai pha tăng Đồ thị giúp chọn lưu lượng hợp lý để vận hành tháp chêm cho trở lực nhỏ nhất, nâng cao hiệu suất truyền khối ngăn cho cột chêm không bị lụt Cách sử dụng giản đồ f theo Re Bước 1: Từ giá trị biết Re f trục hoành/tung, kẻ đường thẳng song song với trục tung/hoành cắt đường đồ thị f-Re điểm A Bước 2: Từ điểm này, tiếp tục kẻ đường thẳng song song với trục chứa giá trị biết ban đầu, cắt với trục lại điểm B Bước 3: Đọc giá trị điểm B cần tìm 4.3 Sự liên hệ giữa đối tượng khảo sát có theo dự đốn khơng? Nếu khơng, giải thích lý do? Sự liên hệ đối tượng khảo sát tương đối giống với dự đoán Cụ thể:  Cột khô (L = 0): Ta thấy đồ thị biểu diễn Log(ΔP/Z)ck theo logG cho đường phụ thuộcP/Z)ck theo logG cho đường phụ thuộc tuyến tính theo đường thẳng q trình thực nghiệm nhóm, số liệu thu phản ánh gần giống với số liệu lý thuyết  Cột ướt (L = 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150): Dưới điểm gia trọng, ta thấy độ chênh lệch áp ΔP/Z)ck theo logG cho đường phụ thuộcPcư tăng chậm Trên điểm gia trọng, độ chênh áp ΔP/Z)ck theo logG cho đường phụ thuộcPcư tăng nhanh so với điểm gia trọng Ở giản đồ ngập lụt tiến hành thí nghiệm, ta nhận hệ số tương quan cao Một vài sai số kể đến thực nghiệm:  Lưu lượng dịng khí lỏng cấp vào cột chêm không ổn định sai số từ máy nén bơm  Cột nước trì đáy cột khơng đảm bảo yêu cầu chênh áp làm ảnh hưởng, người điều chỉnh chưa quan sát thao tác đủ nhanh  Sai sót đọc số liệu thao tác thí nghiệm đọc áp suất từ áp kế chữ U chưa xác, chỉnh lưu lượng dịng khí lỏng chưa xác VI PHỤ LỤC 6.1 Tính tốn cột khơ 16 6.2 Tính tốn cột lụt: Π1 Π 1= Π2 Π 2= Lưu lượng lỏng qua thiết diện ống f ck a v ρk μtđ ε3 g ρ L ( ) L ρk G ρL kg 10−3 ρL L =L ( L/h ) ∙ ∙ 3600 A m s √ ( ) VII TÀI LIỆU THAM KHẢO GS TSKH Nguyễn Bin, “Giáo trình Truyền Khối”, Đại học Bách Khoa Hà Nội Vũ Bá Minh, “Truyền Khối”, Đại học Bách Khoa Tp.HCM 17