Báo cáo thực hành môn kĩ thuật thực phẩm 2 0

- Xác định các tổn thất cục bộ trong hệ thống đường ống của mô hình thí nghiệm.- Xác định mối quan hệ giữa hệ số ma sát và chuẩn số Reynolds đối với nước chảy trongống nhám.. Thí nghiệm

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHVIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHVIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

- Xác định các tổn thất cục bộ trong hệ thống đường ống của mô hình thí nghiệm.

- Xác định mối quan hệ giữa hệ số ma sát và chuẩn số Reynolds đối với nước chảy trongống nhám

1.2 Cơ sở lý thuyết:

1.2.1 Trở lực ma sát:

- Khi lưu chất chảy trong ống ta có sự mất năng lượng do ma sát ở thành ống Xét trườnghợp ống tròn đều nằm ngang Trở lực do ma sát hf của chất lỏng choáng đầy ống đượctính theo công thức sau:

Trong đó:

 f: Hệ số ma sát (không có thứ nguyên)

 L: Chiều dài ống dẫn, m

 V: Vận tốc chuyển động của lưu chất trong ống, m/s

 : Khối lượng riêng của lưu chất (kg/m3)

 Độ nhớt động lực học của lưu chất, Pa.s (kg/(m.s))

 Độ nhớt động học của lưu chất (m2/s)

 Dtđ: Đường kính tương đương, m

Với vận tốc lưu chất xác định như sau:

Trong đó:

 : Lưu lượng của dòng chảy trong ống, m3/s

 A: Diện tích mặt cắt ống dẫn, m

 Công thức thực nghiệm xác định hệ số ma sát f :

- Chế độ chảy dòng hay chảy tầng: không có ma sát nội bộ ống chất lỏng, hệ

số ma sát không phụ thuộc vào độ nhám ống dẫn

- Chế độ chảy quá độ: hệ số sức cản tăng dần nhưng độ nhám củaống vẫn chưa ảnh hưởng đến giá trị f và được xác định theo công thức Braziut

- Chế độ chảy xoáy ống nhẵn: màng chảy dòng thành ống tươngđối dày, phủ kín được những gờ nhám nên ống tuy nhám nhưng cũng coi như ống nhẵn

và gọi là ống có độ nhẵn thủy học Hệ số f vẫn chưa chịu ảnh hưởng của độ nhám vàđược xác định theo công thức Ixaep

- Chuyển động xoáy trong ống nhám: chiều dày của màng chảy dòngmỏng chỉ còn ở sát thành ống, sức cản do hiện tượng tạo thành xoáy lốc trong lòng chất

lỏng đạt tới giá trị không đổi, không phụ thuộc vào Re mà chỉ phụ thuộc vào độ nhámtương đối n của ống và được xác định bằng công thức Ixaep:

1.2.3 Lưu lượng kế màng chắn và Ventury:

- Màng chắn và Ventury là hai dụng cụ dùng để đo lưu lượng dựa vào nguyên tắc khidòng lưu chất qua tiết diện thu hẹp đột ngột thì xuất hiện độ chênh áp trước và sau tiếtdiện thu hẹp

- Áp dụng phương trình Bernoulli ta có mối lien hệ giữa lưu lượng và tổn thất áp suất quamàng chắn, Ventury theo công thức:

Trong đó:

 : Lưu lượng của dòng chảy trong ống, m3/s

 C: Hệ số hiệu chỉnh, Cm cho màng chắn, Cv cho Ventury

 A1: tiết diện ống dẫn, m2

 P: Áp suất, Pa

 : Trọng lượng riêng của luw chất N/m3

- Dùng ống Pitot ta có thể đo được áp suất toàn phần và áp suất tĩnh từ đó có thể xácđịnh được áp suất động

g Q

Vận tốc dòng chảy

Chuẩn

số Re

Hệ số

ma sát

Hệ số

ma sát lý

Tổn thất áp suất

Tổn thất

áp

ống

(m)

(l/ph út)

ết Hf (mH

2 O)

0.0382

0.0310

0.004 0.04210,01

9503.189

0.0312

0.0269

0.013 0.27780,01

14254.22

0.0280

0.0237

0.024 0.45870,01

19005.2

0.0222

0,055 0.67810,01

10 2.1231

23756.29

0.0246

0.0212

0.072 0.9342

0.0350

0.005 0.00420,021

0.0388

0.0324

0,009 0.00830,021

0.0343

0.0312

0,014 0.01370,021

0.0316

0.0289

0,025 0.02010,021

10 0.4812

11307.15

0.0298

0.0272

0,029 0.0276

0.1000

0.008 0.00670,019 4 0.2351 4998.21 0.037 0.087 0,018 0.01

6 5 340,019

0.0333

0.0825

0,034 0.02190,019

0.0308

0.0700

0,06 0.03230,019

10 0.5878

12496.5

0.0640

0,075 0.0443

 Tính mẫu: 16 ở lưu lương 2(l/phút)

Vị trí

Lưu lượng (l/phút) Tổn thất áp suất thực tế (cmH 2 O)

Tổn thất

áp suất thực tế (mH O) 2

Vận tốc dòng chảy (m /s) 3

Áp suất động

Pđ (mH O) 2

Hệ số trở lực cục bộ k

van(9)0,021 1/5

 Tính mẫu: đối với van 5

 Đổi lưu lượng (l/ph) (m3/s) = 10/60x10 = 0.17x10 (m /s)-3 -3 3

=

 Tổn thất cột áp thực tế: 63.3-53.7 = 9.6(cmH O)2

Pđ = x100=1.18 (cmH2O)

= = 8.13

1.3.3 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa và độ chênh áp

Hệ số k

Trong đó:

 A1: tiết diện ống dẫn, m2

 A2: tiết diện thu hẹp đột

 : Trọng lượng riêng của lưu chất (nước) ,N/m3

-Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn,Ventury

-Sự chênh lệnh áp lý thuyết theo công thức sau:

-Sau khi có được chênh lệch áp lý thuyết từ đó ta tính lưu lượng theo công thức sau:

-Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng ống Pitot

(m/s), Q = VF (F : là tiết diện ống Pitot, m )lt

Vị trí Lưu lượng (l/phút) Tổn thất áp suất thực tế (cmH 2 O)

Tổn thất áp suất thực tế

P tt ( Pa )

Hệ số k x10 -5

Lưu lượng thực tế Q(m /s) 3

x10 -5

Hệ số Cm, Cv

 Tính mẫu : Màng chắn mức lưu lượng 2(l/phút)

Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn, Ventury

Vị trí Đường

kính ống

(m)

Vận tốc dòng chảy ( m/s) lý thuyết

(Pa)

Lưu lượng

Q lý thuyết (m /s) 3 x10 -5

Lưu lượng Q thực tế (m / 3 s)x10 -5

Vận tốc dòng chảy (m/s)

Lưu lượng lý thuyết (m /s) 3

x 10 -4

Lưu lượng thực tế (m /s) 3

1.4.1 Thí nghiệm 1:

Đồ thị 1.4.1a : Quan hệ giữ tổn thất cột áp và vận tốc dòng chảy ở ống 16

Đồ thị 1.4.1b : Quan hệ giữ tổn thất cột áp và vận tốc dòng chảy ở ống 27(trơn)

Đồ thị 1.4.1c: Quan hệ giữ tổn thất cột áp và vận tốc dòng chảy ở ống 27(nhám)

1.4.2 Thí nghiệm 2:

Đồ thị 1.4.2a: Quan hệ giữa tổn thất áp suất và độ mở van 5

Đồ thị 1.4.2b: Quan hệ giữa tổn thất cột áp và hệ số trở lực cục bộ

Đồ thị 1.4.2c: Quan hệ giữa hệ số trở lực cục bộ và độ mở van 5

Đồ thị 1.4.2d: Quan hệ giữa hệ số trở lực cục bộ theo vận tốc

1.5 Nhận xét, bàn luận:

-Theo bảng đo ta thấy tổn thất áp suất thực tế của màng chắn và Ventury bằng nhau nên

hệ số hiệu chỉnh của màng chắn và hệ số hiệu chỉnh của Ventury cũng bằng nhau ở mỗimức lưu lượng

-Liên hệ mô hình thí nghiệm so với trong các công nghiệp.lưu lượng được điều chỉnh

-Mô hình thí nghiệm nhỏ, tổn thất ít, điều chỉnh lượng nước nhỏ, lượng nước ít, bơmhoạt động và công suất nhỏ, ống dẫn bằng nhựa

-Mô hình công nghiệp: sử dụng nhiều bơm, công suất lớn, tổn thất áp suất nhỏ, lượngnước lớn

-Từ đồ thị ta thấy khi mở van hoàn toàn thì tổn thất cột áp là nhỏ nhất do vận tốc lúc này nhỏ nhất và ít gây ra ma sát trở lực cũng như cục bộ, độ mở van càng nhỏ thì vận tốc dòng chảy càng lớn nên tổn thất cột áp cũng tăng

1.5.2 Bàn luận:

Thông qua bài thực hành chúng em đã nắm được mục đích của bài thực hành đưa ra, tínhđược V , V Tuy nhiên trong quá trình làm thí nghiệm thì chúng em có xảy ra một số lỗim v bắt nguồn từ nguyên nhân khách quan và chủ quan:

-Do thiết bị làm thí nghiệm

-Do người tiến hành thí nghiệm

-Các điều kiện khách quan của môi trường xung quanh như là : nhiệt độ, độ ẩm củaphòng thí nghiệm

1.6 Tài liệu tham khảo:

Tài liệu hướng dẫn thực hành các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học (2017_ trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh_ khoa công nghệ hóa học)

BÀI 2: BƠM – GHÉP BƠM LY TÂM

2.1 Mục đích thí nghiệm:

- Xác định cột áp toàn phần của bơm, công suất và hiệu suất cho bơm ly tâm bằng việc đođạc các thông số khi thay đổi lưu lượng bơm

- Xây dựng đường đặc tuyến của mạng ống để xác định điểm làm việc của bơm

- Xây dựng đường đặc tuyến của hệ hai bơm ghép nối tiếp

- Xây dựng đường đặc tuyến của hệ hai bơm ghép song song

- Cột áp toàn phần là áp suất chất lỏng tại miệng ra của ống đẩy Nó được tính như sau:

H = (Chênh lệch cột áp tĩnh + chênh lệch cột áp động + chênh lệch chiều cao hình học)

 : là vận tốc đẩy ra, m/s

 : là vận tốc hút vào, m/s

Chênh lệch chiều cao hình học:

Trong đó:

 : là chiều cao hình học tại đầu hút, m

 : là chiều cao hình học tại đầu ra, m

2.2.2 Công suất cung cấp:

Công suất động cơ cung cấp đối với bơm được tính như sau:

(W)Trong đó:

 n: tốc độ vòng quay của bơm,

 T: moment xoắn của trục, N.m

2.2.3 Hiệu suất bơm:

Trong đó: : công suất thủy lực tác động tới chất lỏng, có thể được tính như sau:

(W)

Trong đó: Q: lưu lượng chất lỏng, m3/s

2.2.4 Đặc tuyến của bơm ly tâm

- Đường H-Q biểu diễn mối quan hệ giữa cột áp toàn phần và lưu lượng Khi cột áp toàn phần giảm thì lưu lượng tăng và ngược lại.

- Đường P -Q biểu diễn mối quan hệ giữa công suất cung cấp cho bơm và lưu lượng qua mbơm Ngoài vùng hoạt động tối ưu của bơm đường này trở nên phẳng, do 1 sự thay đổi lớn công suất chỉ tạo ra 1 sự thay đổi nhỏ vềvận tốc của dòng

- Đường E-Q biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất và lưu lượng bơm Đối với 1 bơm nào

đó thì nó sẽ đạt hiệu suất tương ứng với năng suất nào đó

 : áp suất đầu vào và đầu ra của ống, N/m2

 : chiều cao đầu vào và đầu ra của ống, m

Điểm làm việc của bơm là giao điểm của đặc tuyến thực của bơm và đặc tuyến mạng ốngdẫn.

2.2.5.1 Ghép bơm nối tiếp:

- Các bơm gọi là làm việc nối tiếp nếu sau khi chất lỏng ra khỏi bơm này được đưa tiếp vào ống hút của bơm kia, rồi sau đó mới được đưa vào hệ thống đường ống Như vậy khi các bơm làm việc nối tiếp thì lưu lượng của chúng phải bằng nhau và bằng lưu lượng tổng cộng của hệ thống, cột áp của hệ thống bằng tổng cột áp toàn phần của các bơm

-Các bơm khi làm việc cùng cấp nước vào 1 hệ thống đường ống gọi là làm việc song song Vì thế khi các bơm làm việc song song trong hệ thống thì chúng có cột áp bằng nhau và bằng cột áp của hệ thống, còn lưu lượng của hệ thống sẽ bằng tổng lưu lượng của các bơm Theo lý thuyết, khi các bơm làm việc song song với nhau thì cột áp tổng

Htc của hệ thống bằng cột áp toàn phần của từng bơm:

-Và lưu lượng tổng cộng của hệ thống bằng tổng lưu lượng của các bơm cùng làm việc:

-Như vậy các bơm làm việc song song được sử dụng khi hệ thống yêu cầu cần lưu lượnglớn mà 1 bơm không đáp ứng được

2.3 Báo cáo thí nghiệm và vẽ đồ thị:

Phương pháp thí nghiệm:

- Mở công tắc tổng

- Mở tất cả các van

2.3.1 Khảo sát đặc tuyến của 1 bơm:

- Mở hoàn toàn van 5

- Khóa van 1 và van 3

- Mở công tắc bơm 1

- Đóng từ từ hoàn toàn van 5

- Điều chỉnh van 4 ở những khẩu độ van khác nhau

- Đợi hệ thống ổn định rồi đọc các số liệu tương ứng

- Sau đó tắt bơm

2.3.2 Khảo sát 2 bơm ghép song song:

- Mở lần lượt công tắc bơm 1 và bơm 2

- Khóa van 3

- Điều chỉnh van 4 ở những khẩu độ van khác nhau

- Đợi hệ thống ổn định rồi đọc các số liệu tương ứng

- Sau đó tắt lần lượt 2 bơm

- Mở lần lượt công tắc bơm 1 và bơm 2

- Khóa van 1 và van 2

- Điều chỉnh van 4 ở những khẩu độ van khác nhau

- Đợi hệ thống ổn định rồi đọc các số liệu tương ứng

- Sau đó tắt lần lượt 2 bơm

2.4 Báo cáo thí nghiệm:

2.4.1 Kết quả số liệu thí nghiệm:

Các thông số cần thiết cho việc tính toán

- Công suất thiết kế của bơm: N= 0.37 kW

- Lưu lượng tối đa của bơm: Q = 90 l/phmax

- Đường kính ống có ký hiệu như sau: 27x 1,8mm

- = 0,03 hệ số ma sát

Bảng 2: Khảo sát hệ thống 2 bơm ghép nối tiếp

Bảng 3: Khảo sát hệ thống 2 bơm ghép song song

N (kW)

 Đổi đơn vị lưu lượng: Q = = 0,001 (m3/s)

 Đổi đơn vị P , P :hút đẩy

 Phút = (-0.3).98100= -29430 (Pa)

 P = 0,95 98100 = 93195 (Pa)

Đồ thị 2.3.3b: Đặc tuyến mạng ống của bơm biễu diễn mối quan hệ giữa H - Q mo

Đồ thị 2.3.3c: Giao điểm của của đường đặc tuyến mạng ống và đặc tuyến thực của bơm

đơn.

Bảng 2: Hai bơm ghép nối tiếp

N (kW)

 Đổi đơn vị lưu lượng: Q = = 0,001 (m3/s)

 Đổi đơn vị P , P :hút đẩy

 Phút = (-0.62).98100= -60822 (Pa)

 Pđẩy = 1,65 98100 = 161865 (Pa)

 Chênh lệch cột áp tĩnh H = = = 22.7 (m)

Đồ thị 2.3.3e: Đặc tuyến thực của bơm biểu diễn mối quan hệ giữa H - Q mo

Đồ thị 2.3.3f: Đặc tuyến thực của bơm biểu diễn mối quan hệ giữa H - H mo

Bảng 3: 2 bơm ghép song song

N (kW)

 Đổi đơn vị lưu lượng: Q = 1 = 0,001 (m3/s)

 Vì 2 bơm ghép song song nên Q = 2Q = 0,002 (m1 3/s)

 Đổi đơn vị P , P :hút đẩy

 Phút = (-0.3).98100= -32373 (Pa)

 P =0,8 98100 = 78480 (Pa)

Đồ thị 2.3.3h: Đặc tuyến thực của bơm biểu diễn mối quan hệ giữa H - Q mo

Đồ thị 2.3.3i: Đặc tuyến thực của bơm biểu diễn mối quan hệ giữa H - H mo

2.4 Nhận xét và bàn luận:

2.4.1 Nhận xét về đường đặc tuyến:

- Khi lưu lượng tăng thì cột áp toàn phần của bơm giảm và đường đặc tuyến mạng ống

tăng lên Giao điểm của 2 đường đặc tuyến là điểm làm việc của bơm

2.4.2 Nhận xét về mức độ tin cậy của kết quả và nguyên nhân gây ra sai số:

- Mức độ tin cậy của kết quả không chắc chắn vì trong quá trình tính toán có thể dẫn đếnsai số

- Nguyên nhân gây ra sai số trong quá trình đo đạc không chính xác; Bơm hoạt độngkhông ổn định; Sự rò rỉ bên trong ống làm cho độ nhám thành ống không đều ảnhhưởng đến kết quả thí nghiệm

2.4.3 Dựa trên đường đặc tuyến ta có nhận xét gì về điểm làm việc của bơm trong từng trường hợp:

- Điểm làm việc của 2 bơm ghép song song và nối tiếp cao hơn 1 ít so với bơm đơn.Chứng tỏ hiệu suất làm việc của 2 bơm ghép song song và nối tiếp đạt nhiều hiệu quảhơn, giúp tăng năng suất và lưu lượng

- Khi hai bơm ghép nối tiếp thì lưu lượng của hệ thống bằng lưu lượng thành phần và cột

áp của hệ thống bằng tổng cột áp của hai bơm

- Khi hai bơm ghép song song thì lưu lượng của hệ thống bằng tổng lưu lượng của haibơm và cột áp của hệ thống bằng cột áp của từng bơm

2.5 Tài liệu tham khảo:

Tài liệu hướng dẫn thực hành các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học (2017_ trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh_ khoa công nghệ hóa học)

Bài 3: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG

3 1 Mục đích thí nghiệm:

- Sinh viên biết cách vận hành thiết bị, hiểu nguyên lý đóng mở van để điều chỉnh lưu lượng, hướng dòng chảy, biết những sự cố có thể xảy ra và cách khắc phục sự cố, xử lý tình huống

- Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa 2 dòng qua một bề mựt ngăn cách là ống lồng ống, ống xoắn và ống chùm

- Tính toán hiệu suất toàn phần dựa vào cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng khác nhau

- Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp xuôi chiều và ngược chiều

- Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính TN toán theo lý thuyết K LT

3.2 Cơ sở lý thuyết:

3.2.1 Cân bằng vật chất:

Phương trình vật chất tổng quát:

Trong đó: G Nlà lưu lượng khối lượng dòng nóng (kg/s)

GLlà lưu lượng khối lượng dòng lạnh (kg/s)

Gtt là lưu lượng khối lượng tổn thất (kg/s)

3.2.2 Cân bằng năng lượng:

3.2.2.1 Không có tổn thất nhiệt:

- Nếu không có tổn thất nhiệt thì phương trình cân bằng năng lượng như sau:

Trong đó: QN là nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra (W)

Q là nhiệt lượng dòng lạnh thu vào (W)

 Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:

 Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:

GL là lưu lượng khối lượng dòng lạnh (kg/s)

CN là nhiệt dung riêng của dòng nóng (J/kg.°C)

C Llà nhiệt dung riêng của dòng lạnh (J/kg.°C)

là hiệu số nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra của dòng nóng

là hiệu số nhiệt độ giữa đầu ra và đầu vào của dòng lạnh

3.2.2.2 Có kể đến tổn thất nhiệt:

- Nếu có xét đến tổn thất nhiệt thì phương trình cân bằng như sau:

QL là nhiệt lượng dòng lạnh thu vào (W)

Qtt là nhiệt lượng tổn thất (W)

3.2.3 Hệ số truyền nhiệt:

Trong đó: Qlà nhiệt lượng trao đổi (W)

K là hệ số truyền nhiệt (W/m2.°C)

F là diện tích trao đổi nhiệt (m )2

là hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit

Với:

Trong đó:

là hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit

nhiệt độ của dóng nóng và dòng lạnh tại đầu trên của thiết bị

nhiệt độ của dóng nóng và dòng lạnh tại đầu dưới của thiết bị

3.2.3.2 Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:

Suy ra

Trong đó: Qlà nhiệt lượng trao đổi (W)

KTN là hệ số truyền nhiệt thực nghiệm (W/m2.°C)

F là diện tích trao đổi nhiệt (m )2

là hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit

3.2.3 3 Hệ số truyền nhiệt lý thuyết:

là vận tốc dòng lưu chất chuyển động trong ống (m/s)

là đường kính ống tương đương (m)