Báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị cơ học bài 5 cột chêm

Nội dung thí nghiệm: Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khá năng hoạt động của cột chêm, bằng cách xác định: - Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí và dòng lỏng lên ton that áp suất độ

TỎNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRUONG DAI HOC TON DUC THANG

KHOA KHOA HOC UNG DUNG

DAI HOC TON DUC THANG TON DUC THANG UNIVERSITY

BAO CAO THI NGHIEM QUA TRINH VA THIET BI CO HOC

-602047- BAI 5: COT CHEM

Nhóm: 04 - 01

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Uyên Phuong — 61900203

Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Duy Hải

Ngày thí nghiệm: 22/10/2022

HOC KY I - NĂM HỌC 2022-2023

IL3 Thy hiĩn thi nghi@m: .0 0 6

Phđn III Số liệu va xtr LY 86 TQM ooeeeeeecccceecsessesssessssssscsssesssssesssssesssecssssssssessetsstesseesessessneeeess 8

II: 0 0118 a44 ) ).)Hă,HẬHÔúH,), ,ÔỎ 8 IIL2 Tính toân câc trị số khi cột khô: . - 2-2 22+ z+S222EE+EE£2EE2EE22222122222222222e2 8 IIL3 Tính toân câc trị số khi cột ưới: -2-©22+2++222+Ek+2E22EE22X2212212212221222222x-e2 10

IIL3.1 Tính toân cho cột ướt với u = 3lL/p: - - 5 5 Sa set k vs vn ren 10 IH.3.2 Tính toân cho cột ướt với , = 4lL/pH: . - 5 Sex Enhkhnnhv nhnrrt 12 IIL3.3 Tính toân cho cột ướt với Gụ = 5H): .- 5ă nn S2 skskskkrkkrkerkererre 13 IIL3.4 Tính toân cho cột ướt với Cụ = 7J/pH: - - - Ăn vn ng nnn 14

Phần I Lý thuyết thí nghiệm

1.1 Nội dung thí nghiệm:

Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khá năng hoạt động của cột chêm, bằng cách xác định:

- Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí và dòng lỏng lên ton that áp suất (độ giảm áp) khi di

Đo độ giảm áp khi cột khô

Đo độ giảm áp khi cột wot

Tính toán các thông sô

Vẽ các giản đô

Phần II: Thiết bị và phương pháp thí nghiệm

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống

HOẠT ĐỘNG:

- Khi đèn NGUỒN (màu xanh bên trái, trên) sáng báo có điện bật CB lên

- Bấm nút chạy (màu xanh) của BƠM Đèn hoạt động (màu đỏ) sáng Bơm ly tâm hoạt

1) Khoa lai tat ca van lỏng (từ 4 dén 8)

2) Mo van 2 va khéa van 1, 3

3) Cho quạt chạy trong 5 phút đề thối hết âm trong cột Tắt quạt

4) Mở van 4 và 7, sau đó cho bơm chạy

5) Mở van 5 và từ từ khóa van 4 đê điều chính mức lỏng ở đáy cột ngang bằng với ông

định mức g Tắt bơm và khóa van 5

6) Đo độ giảm áp của cột khô:

- Khóa tất cả các van lỏng lại Mở van 1 còn van 2 vẫn đóng Cho quạt chạy rồi từ từ mở van 2 dé chỉnh lưu lượng khí vào cột

- Ứng với mỗi giá trị lưu lượng khí đã chọn ta đọc AP,x trên áp kế U theo mmHO Do xong tắt quạt, nghỉ 5 phút

7) Đo độ giảm áp khi cột ướt:

- Mở quạt và điều chỉnh lưu lượng khí qua cột khoáng 15-20%

- Mở van 4 và cho bơm chạy Dùng van 6 tại lưu lượng kế đề chính lưu lượng lỏng Nếu 6

đã mở tối đa mà phao vẫn không lên thì dùng van 4 đề tăng lượng lỏng

- Ứng với lưu lượng lỏng đã chọn có định, ta chính lưu lượng khí và đọc độ giảm áp APcư giống như AP,k trước đó Chú ý là tăng lượng khí đến điểm lụt thì thôi

Chú ý:

- Trong quá trình đo độ giảm áp của cột ướt, sinh viên cần canh giữ mức lỏng ở đáy cột

luôn ôn định ở 3/4 chiều cao đáy bằng cách chính van 7 Nếu cần tăng cường van 8 dé

nước trong cột thoát về bình chứa

- Khi tắt máy tắt bơm lỏng BL trước, mở tôi đa van 8 sau đó tắt quạt BK

- Nêu sơ suât đê nước tràn vào ông dân khí thì mở van xả nước ở phía bảng

Phần III Số liệu và xử lý số liệu

- Chiéu cao phan chém: h=Z=0,5 m

Vật liệu chêm xếp ngẫu nhiên:

- Duong kính vòng Raschig: d= 15,9 mm

- Bề mặt riêng: a= 349,5 m2/mẺ

- Độ xốp: £=0,67 m/m°

Tra bảng số liệu:

- _ Khối lượng riêng của khí ở 25°C: px = 1,168 kg/m?

- _ Khôi lượng riêng của nước ở 30°C : p = 995,7 kg/m°

- _ Độ nhớt của khí ở 33 °C: u = 0,00001895 N.m°/s

- _ lemHzO = 98,1 N/m?

Tính toán cho trường hợp cột khô với Gx = 60 L/ph:

Chênh lệch áp suất cột khô: AP;¿ = 4,2 cmH20 = 4,2 x 98,1 = 412,02 N/m?

md2e _ mx0,092x0,67

Tiết diện ống khí: S = = 0,00426 m2

(với d là đường kính cột chém d = 0,09 m)

GyXPÐg _ 60x1073x1,168

Vận tốc khối ân tôc khôi lượng dòng l dong khi: G = khí 5 = — 60x0,00426 _—_ = 0/2742 kg/(m“.s) 2

Chuan s6 Reynolds: Reg, = ụ = ~ 0,00001895 = 111,388

Vi Re > 40 nén fx sé dugc tinh theo céng thirc hé số ma sát cột khô:

Đồ thị log(AP,„/Z) theo logG

Hình 3 Đồ thị log—” theo logG

Do thi log fy, theo Re,

0 50 100 150 200 250 300 350

Re

Hình 4 Đồ thị log ƒ+ theo Ree

HH3 Tính toán các trị số khi cột Ót:

11.3.1 Tinh todn cho cột wot voi Gy = 3L/ph:

Chénh lệch áp suất cột ướt: AP,w= 4,2 cmHaO = 4,2 x 98,1 = 412,02 N/m?

ndfe _ mx0,09”x0,67

(với d là đường kính cột chém d = 0,09 m)

= 0,00426 m2

Tiết diện ống khí: S =

Hệ số ma sát cột ướt fy, =o X fy, = 14x 6,24 = 87,36

Ta tính lần lượt tại các Gx và AP‹„ khác nhau, thu được bảng sau:

— theo logG với ŒL = 3L/ph

Đồ thị biểu diễn log(f,„) theo Re,

2.500 2.000 1.500 1.000 0.500

0.000

Reck

y = -0.0022x + 2.168 R? = 0.9867

200.0 250.0 300.0

Hinh 6 Dé thi biéu dién log(fee) theo Reck voi Gu = 3L/ph

11.3.2 Tinh todn cho cột wot voi Gy = 4L/ph:

Tính toán tương tự đôi với trường hợp Gụ = 3L/ph, ta thu được bảng kết quả:

Bảng 4 Các trị số khi cột ướt (GL = 4L/ph)

(cm | (cm (ke/m?.s) : , o foc fou Reuua | logfusr APey

H;0) | H,0) (N/m”) Z

0,3 6,5 0,27 1275,3 | 21,7 | 6,42 | 1392 | 95,79 214 | 3,11 0,5 7 0,37 13734 | 14,0 | 6,07 | 84,9 127,73 193 | 3,14 0,6 7.4 0,46 145188 | 123 | 5/80 | 71,5 159,66 185 | 3,16

G

Hình 7 Đồ thị log^> theo losG với Gi = 4L/ph

Đồ thị log £ theo Re với G¡ = 4L/ph

e 2.30 =

2.20 TH

° cà 2.10 “e—

Hình 8 Đồ thị biểu diễn log(f) theo Res với Gụ = 4L/ph

HH3.3 Tính toán cho cột wot voi Gy = 5L/ph:

Bảng 5 Các trị số khi cột wot (Gi = SL/ph)

AP ck APa„ | G (kg/s.m?) — o fins fust Reuns log fact | AP,

Z 0,3 10,3 0,274 2020,86 34,3 | 6,24 214,24 | 110,885 2,33 3,31

y = 0,427x + 3,1833

3,50 R=0895 _ S| ®- -.°* oe oe

0,90

Re

Hình 10 Đô thị biểu diễn log(fu) theo Re« với Gụ = SL/ph

HHIL3.4 Tĩnh toán cho cột wot voi Gy = 7L/ph:

G

—e-L=0 —e—L=3 L=4 -©-L=5 —@-L=6 —e-L=7

Hình 11 Đề thị biểu diễn sự ảnh hưởng của Œ và L đối với độ giảm áp của cội

Phần IV Bàn luận kết quả thí nghiệm

Câu 1: Ánh hưởng của G lên độ giảm áp khi cột khô và khi cột ướt:

AP ex

Z

Đối với cột khô: Từ đồ thị log theo logG, khi suất lượng G tăng lên thì độ giám áp

dẫn đến lụt nhanh

Câu 2: Mục đích và cách sử dụng giản đồ ƒ theo Re:

Mục đích: Giản đồ f theo Re biểu diễn sự phụ thuộc của trở lực và lưu lượng của dòng

lưu chất Nếu lưu lượng của dòng lưu chất càng lớn thì hệ số ma sát càng lớn Lập đồ thị nhằm xác định được lưu lượng hợp lý để vận hành cột, giảm trở lực đến tôi thiêu nhất thì

khi đó hiệu suất mới đạt tối ưu

Cách sử dụng giản đồ: Nếu tính toán được một trong hai giá trị (ƒ hoặc Re) thì có thé ding

đồ thị để suy ra giá trị còn lại

Cách xác định: Từ một giá trị đã biết kẻ một đường thăng theo phương ngang hoặc theo phương đứng song song với trục hoành hoặc trục tung, đường thăng đó sẽ cắt đồ thị /-Re tại một điểm Từ giao điểm đó, kẻ một đường thắng vuông góc với trục còn lại thì sẽ xác định được giá trị cần tìm

Câu 3: Sự liên hệ giữa các đối tượng khảo sát có theo như dự đoán không? Nếu không

giải thích lý do

Sự liên hệ giữa các đôi tượng khảo sát có thê gần đúng như dự đoán:

- log _ — logG: Phụ thuộc gần như tuyến tính với nhau theo 1 đường thắng Dựa vào

hình I ở phần cơ sở lý thuyết ta thấy đường thăng L = 0 là một đường thắng tuyến tính

APew

- log z ~ logG: Với L = 3L/ph ta thấy độ giảm áp tăng gần như theo tuyến tính nhưng ở các giá trị suất lượng lỏng cảng tăng của L thì độ giảm áp hình thành như những đường

gãy khúc So sánh với đồ thị hình I ở phần cơ sở lý thuyết thì ta thấy những đường thắng

trên đồ thị thực nghiệm tương đối giống

- logø — L: Xét đồ thị thực nghiệm ở trên ta thấy R sai số không quá nhiều do vậy có thể xem nhu logo va L co quan hệ tuyên tính với nhau như cơ sở lý thuyết

Giải thích lí do:

- Giữ mực nước 3⁄4 ở đáy cột không đều nên làm cho cột nước không chuẩn xác

- Lưu lượng khí và lỏng không ôn định do quạt và bơm trong quá trình hoạt động

- Do lưu lượng khí và lưu lượng lỏng chuyên động không đều trong cột chêm

Phụ lục bảng

Báng 1 Số liệu thô 2£ 52522222 S2122112E12214211221E211111111211111211.111111114111 211.211 22c 8 Báng 2 Các trị sô khi cột khô (G¡, = 0 I/ph) .2-52-©22©7222S222222222232232222221222222xe2 9 Báng 3 Các trị sô khi cột ướt (Gị = 3 L/ph) s 52-252 2522222222221221222222122122212212222-22, 11 Báng 4 Các trị sô khi cOt u6t (Gr, = 4L/ ph) o.oceecescscecssesseesssssesssssssssssesesstesesseesstesuesseesneens 12 Báng 5 Các trị sô khi cOt u6t (Gr, = SL/Ph) o.ocescescscecssessesssessessesssessssessseesesseesseessesseesseens 13 Báng 6 Các trị sô khi cOt Gt (Gr, = TL/Ph) oo csecsscssecssessessssessessesssesssesesseesessessseessesseesseees 14 Báng 7 Các trị sô khi cOt Ute oo.ceccccesscssesssssssssecsssssesssssssssscsssesssssessssseessecsesstecneseeseseeseeeed 16

Phu luc hinh

Hinh 1 Hé thong thi nghiQm 0 c ccccecccssesseessesssecsssssssosessssssessessssssessscsstesesssecstsseessessessnecs 4 Hình 2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống - 2£ 52 2222EE22E22E322222212212222222Xe2 5 Hình 3 Đồ thị logAPckZ theo logC -¿ + ©22©7s+2S22212211E212221221211212211221 21221220, 10

Hình 5 Đồ thị logAPcưZ theo logG với Gị = 3I/ph -2 222©222222225zz2zzcczzsccsez 12 Hình 6 Đồ thị biểu diễn log(fex) theo Reck với Gị = 3lL/ph - -2-252©25c©5z5c5sz2 12 Hình 7 Đồ thị logAPcưZ theo logG voi Gp = 4l/ph 2-222©222222225zz2zzcczzsccsez 13 Hình 8 Đồ thị biéu dién log(fex) theo Reck VOi Gr, = 4L/ph -5-55255255+25sz s2 13 Hình 9 Dé thi logAPcwZ theo logG vi Gp = SLIPH .esscscscccssessesssecseecssecsseesseessecesecenes 14 Hình 10 Đồ thị biểu dién log(f.„) theo Re với Gị = 5L/ph -2 22©52 575225552 14 Hình L1 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của G và L đối với độ giảm áp của cột 15 Hình 12 Đồ thị biéu dién log(21) theo log(22) ceeeeeeseeseesessessessessessessessessessessessesseeseesees 17

Tài liệu tham khảo

[1] Bộ môn Hóa kỹ thuật (2019), Hướng dẫn thí nghiệm Quá trình và thiết bị công nghệ (Tài liệu nội bộ), Đại học Tôn Đức Thắng

[2] Phạm Văn Bôn [Chủ biên] và Nguyễn Đình Thọ (2015), Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm, Tập 5 — Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, Quyên I — Truyền nhiệt ôn định, NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh.