Báo cáo chuyên đề: Tìm hiểu các công trình đơn vị trong khuấy trộn thủy lực

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG  BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ CUỐI KỲ MÔN QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TÌM HIỂU CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG KHUẤY TRỘN THỦY LỰC Nhóm sinh viên thực hiện (nhóm 1): NGUYỄN BÌNH: 91101008 VƯƠNG THỊ BÍCH: 91202002 HUỲNH CÔNG CHÁNH: 91202075 Giảng viên hướng dẫn: T.S. PHẠM ANH ĐỨC Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2014  TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG  BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ CUỐI KỲ MÔN QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TÌM HIỂU CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG KHUẤY TRỘN THỦY LỰC Nhóm sinh viên thực hiện (nhóm 1): NGUYỄN BÌNH: 91101008 VƯƠNG THỊ BÍCH 91202002 HUỲNH CÔNG CHÁNH: 91202075 Giảng viên hướng dẫn: T.S. PHẠM ANH ĐỨC    CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 7    !"#$% &'( $)$*$+,( -.$/**0123( 4567,*89!:;*-"*-3*<=!51 >3*?01@*-AB,C=*-3*<=!51 1.3.4.1 Bước nhảy thủy lực 11 1.3.4.2 Ống Venturi 12 1.3.4.3 Kênh hẹp Parshall (Parshall flume) 13 1.3.4.4 Khuấy trộn tĩnh 14 CHƯƠNG 2 BƯỚC NHẢY THỦY LỰC (HYDRAULIC JUMP)18 DEFGH?I/1$J1//-=K 9!:;1L*M 3? ,*)$#NONP*01*)$#% 81!"#$.Q1R=( SETU&'( $)$*$+,( V.L  !"#$ >W*"8*-"X:)1R=*<=!51> 2.2.4.1 Nước dâng trong bước nhảy thủy lực 24 2.2.4.2 Năng lượng mất đi do bước nhảy thủy lực 25 2.2.4.3 Chiều dài bước nhảy 26  2.2.4.4 Thể tích và thời gian lưu giữ 26 CHƯƠNG 3. MÁY TRỘN TĨNH (static mixers) 28 TY Z[\]^Z[% "#*231_XRC*1<`8=*-3abc%  !"#$`8=*-3% Va(c( V.L`8=*-3d*-"ef!ghi1jNP*!g1<:)1( V.L*-3Ik*-"B/"*L*#"X@ Q*-31C*!l1h23)*1"NO"#*h*0$:,m,8*-ABn*X@H4_2oK> >$M`?"8*"p1*-,QIb bQ*-31C*Bf*-q >rZsZstu >v,=*-A*f$+`u >n*m,R1<*51$+`NOw*"8181*@?01<`8=*-3d% 3.4.2.1. Hệ số ma sát 39 3.4.2.2. Các yếu tố pha trộn và hệ số Reynolds 41 bxxstySU> b8=*-34\> 3.5.1.1. Giới thiệu máy trộn SMV 41 3.5.1.2 Cấu tạo và hoạt động 43 3.5.1.3. Đặc điểm của máy trộn SMV 44 bQ`8=*-3z{>b 3.5.2.1. Tính số Reynolds 45 3.5.2.2. Lựa chọn thiết bị dựa trên số Reynolds 45 3.5.2.3. Xác định sự sụt giảm áp lực 46 CHƯƠNG 4: KHUẤY TRỘN WEIRS 48 >$M,AN,@b >$M,|/$-?Bn*;Ib >$I"!!/}|/$-b >>|/$-*`$81b > CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 b ~ xZ['Y  •€• Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, đời sống con người ngày càng đầy đủ, tiện nghi hơn. Tuy nhiên, mặt trái của phát triển này là ô nhiễm môi trường ngày một tăng cao, trong đó, ô nhiễm nước là một vấn đề lớn, gây nhiều hậu quả nghiêm trọng. Việc xử lý cả nước thải và nước cấp sử dụng với các mục đích khác nhau là điều cần thiết và mang tính tất yếu, trong đó trộn đóng vai trò quan trọng. L1 67,1<m,8*-A*-3!O2:181I‚*fh1C*NO"*-#*8$I *82ƒ,*-"`@$*-:„ :)1B$IR…eR=-j2o*„$*#"2$ƒ,B$+6nIe†1*0*C*$‡1†N)$181I‚*f*` $IR…jN$+1O=2:;1*51$+Xˆ181B,C=*-32M*#"-181.Q1R=-0$*-":)1 $+,m,R1<m,8*-A*-3IL*,31NO"1:„23NO*„$$B,C=*-3:„23B,C=*-3 IL*,31*-516nINO"9!:;67,"2M*#"-.Q1R=-0$„$$B,C=*-3$+,m,R 2:;1w1"2n!†1h1C*2‰I *82ƒ,NO":)1NO2<2MA*O181 B/"*Lj :m,8! ,!O`R:Š2n181IR…6nI*/"„$$B,C=*-3IL*,31-C*$ƒ, NO"!"#$h1C*1‚*-3 /",=7!g1C,*#"NONPOj181m,8*-A*-32:;11$*O*-3*<=!51j*-31_BW NO*-3Xˆ.Q68I!51 2. MỤC TIÊU • Xác định vai trò cũng như vị trí của công trình trộn trong sơ đồ xử lý nước • Hiểu rõ hơn về sự phân chia khuấy trộn theo các phương pháp khác nhau • Tìm hiểu rõ quy trình hoạt động của một số loại công trình khuấy trộn cụ thể   • TỔNG QUAN VỀ KHUẤY TRỘN THỦY LỰC • BƯỚC NHẢY THỦY LỰC • MÁY TRỘN TĨNH • WEIRS • KẾT LUẬN 4. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN • Tìm trên mạng internet các hình ảnh, biểu đồ minh họa. • Thu thập thông tin, dữ liệu từ các bài báo, tạp chí nước ngoài • Sử dụng phép tổng hợp, thống kê, phân tích , liệt kê, so sánh cơ bản…  Ey‹v~ 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Khuấy trộn là một ứng dụng thực nghiệm kể từ những ngày đầu của xử lý nước. Lý thuyết của nó được đề cập từ khoảng thập niên 1940 với công trình của Cam và Stein (1943). Willcomb (1932) đã nhận định rẳng không có bất kì nhà máy nào xây dựng trong khoảng thời gian 1900 -1911 dưới giám sát của ông ấy có công đoạn khuấy trộn. Những nhà máy này đưa phèn vào trước công đoạn xử lý nước thô và những trạm bơm có lượng phèn được đưa vào khu vực bơm hút. Cho tới khoảng thời gian của bài viết của ông ấy vào năm 1932, khuấy trộn nhanh là một đơn vị xử lý đã được thiết lập. Những cách khuấy trộn được đề cập đến bao gồm: sục khí, thay đổi dòng chảy bẳng van, bước nhảy thủy lực. Tẩm quan trọng của việc khuấy trộn thủy lực được nhận ra bởi Hansen (1936), ông đã nhận thấy rằng việc hòa tan chất tạo bông với nước thô là cần thiết, kéo theo là quá trình tạo bông. Năm 1961, Skeat nhận ra chất hóa học nên được phân phối một cách nhanh chóng và cân bằng xuyên suốt các khối nước được xử lý. Đó là một thực tiễn, thông thường để đưa chất hóa học vào một điểm hỗn loạn cao với thời gian trộn 30 – 60s. Một đầu phun nhỏ giọt có độ sâu 0.23 – 0.46m được đề nghị cho phương pháp đập nước hoặc trong kênh. Về bể trộn, ông ấy đề nghị 3 -6 kw/m 3 /s. Những thiết kế bể có thể thực hiện được bao gồm một cánh quạt trong một ống đúc hình 1.1. [1] u Hình 1.1 (a) Khuấy trộn bằng cánh quạt (b) Khuấy trộn bằng đầu phun   Từ khuấy trộn đã tự giải thích ý nghĩa cho nó, nhiều thuật ngữ khác cũng được sử dụng như những từ gần đồng nghĩa. Khuấy trộn là việc cho vào hai hoặc nhiều các pha khuếch tán vào nhau để cuối cùng tạo ra một hỗn hợp đồng nhất của các thành phần. Ví dụ, cồn ethyl với nước có thể được trộn lẫn với nhau do rung động các vật liệu này bằng một loại cánh khuấy. Cát, sỏi và xi măng được dùng trong việc chế tạo bê tông có thể được trộn bằng cách bỏ chúng vào một mẻ trộn bê tông,… Hình 1.2: Khuếch tán các pha trong khuấy trộn [2]  Trộn trong xử lý nước uống là một hoạt động rất quan trọng trong việc kết tủa, tạo bông và khử trùng. Ngoài ra, khuấy trộn cũng yêu cầu những chất hóa học dạng rắn hòa tan được (vôi), đến việc hòa tan nhũ tương polyme, hòa tan polyme rắn, hóa tan chất hóa học lỏng (flo), hòa tan khí (hòa tan CO 2 giảm pH) Những đơn vị xử lý khuấy trộn được tìm thấy ở các nhà máy xử lý nước. Ví dụ bao gồm trộn nhanh (còn được gọi là trộn ban đầu), tạo bông, khử trùng, bùn hoạt tính, xử lý kị khí, hòa tan khí. Thông thường, các công đoạn khuấy không thấy được bởi vì những cái máy móc dụng cụ được đặt dưới sàn, trong đường ống, trong những buồng chứa, hoặc là phía sau tường. [1]  !"#$ Nhìn chung, có 3 loại khuấy trộn được dùng cho việc xử lý hóa lý của nước cấp và nước thải bao gồm: khuấy trộn cơ khí, khuấy trộn bọt khí, khuấy trộn thủy lực. Khuấy trộn cơ khí là khuấy trộn dùng yếu tố chuyển động vòng tròn để ảnh hưởng đến độ rung động. Khuấy trộn bằng khí, sử dụng khí gas hoặc bọt khí để tạo rung động. Khuấy trộn thủy lực lợi dụng dòng chảy của nước để tạo sự rung động. Hình 1.3: Phân loại c % Thiết bị khuấy trộn thủy lực Thiết bị khuấy trộn cơ khí Khuấy trộn bằng khí Khuấy trộn Ống Venturi Parshall flume Bước nhảy thủy lực Khuấy trộn tĩnh Cánh quạt trộn Turbine trộn Guồng trộn Bộ khuếch tán không khí &' $)$*$+, Thiết bị khuấy trộn thủy lực là hình thức cơ bản nhất của khuấy trộn nhanh được sử dụng. Khuấy trộn thủy lực dùng năng lượng của một dòng chảy chất lỏng để tạo ra sức mạnh cần thiết cho sự trộn. Chất lỏng này đã phải được cung cấp năng lượng trước khi đạt đến điểm khuấy trộn thủy lực xảy ra. Việc cần thực hiện ở điểm khuấy trộn đơn giản làm tiêu tan năng lượng theo giá trị G để đạt đến khuấy trộn hiệu quả. -.$/**0123 Gradient vận tốc biểu hiện của năng lượng cho mỗi đơn vị thể tích, được phát triển vào những năm 1940 như một phương tiện để xác định hiệu suất máy trộn trong bể khuấy. Trong kỹ thuật xử lý nước, gradient được xử dụng để biểu thị cường độ khuấy trộn. Gradient vận tốc G được định nghĩa bởi Camp và Stein (1943) là Với P: là năng lượng tiêu tán bởi chuyển động của chất lỏng, độ nhớt hoặc sự rối loạn dòng chảy (W) ì: độ nhớt động học của chất lỏng (N.s/m 2 ) V: thể tích mà sự tiêu tán năng lượng xảy ra (m 3 ) Nhiều giá trị G khác nhau được dùng như là tiêu chuẩn đánh giá cho việc trộn hiệu quả. Bảng 1.1 thể hiện một số giá trị tiêu chuẩn đã được tìm ra trong nghiên cứu thực tiễn. t 0 là thời gian lưu của chất lỏng, được cho phép trong trộn là một giá trị G thích hợp. [4] ( [...]... bước nhảy thủy lực, do quá trình xáo trộn tăng nhanh nên việc khuấy trộn các vật liệu trong dòng chảy đồng đều theo chiều ngang lẫn chiều dọc Levy và Ellms (1927) đã dùng bước nhảy thủy lực để trộn phèn với nước thô trong quá trình xử lý nước Họ thấy rằng, bước nhảy thủy lực là một công cụ khuấy trộn hóa chất vào nước cần xử lý rất hiệu quả 11 Bước nhảy thủy lực có thể được hình thành bằng cách cho... phải làm sao để giá trị G nằm trong khoảng khuấy trộn hiệu quả Gía trị G cho việc khuấy trộn trong bảng có thể được sử dụng.[4] 1.3.4 Một số công trình khuấy trộn thủy lực 1.3.4.1 Bước nhảy thủy lực Bước nhảy thủy lực được hình thành khi một dòng chảy trong kênh hở được chuyển từ trạng thái chảy nhanh sang trạng thái chảy tĩnh một cách đột ngột, đi kèm với nó là sự xáo trộn đáng kể và tiêu hao năng...Bảng 1.1: Các chỉ tiêu giá trị G cho khuấy trộn hiệu quả to (s) G (s-1) < 10 4000 – 1500 10 – 20 1500 – 950 20 – 30 950 – 850 30 – 40 850 – 750 40 - 130 750 – 700 1.3.3 Sự tiêu tán năng lượng trong trộn thủy lực Năng lượng của việc khuấy trộn chỉ đơn giản là sự tiêu tán năng lượng Ở trong bất kỳ quá trình thủy lực nào, năng lượng bị tiêu tan thông qua sự ma sát () Vì thế, năng lượng khuấy trộn ở trong. .. nằm trong khoảng 4000 - 1500 s-1 Gradient tốc độ của bước nhảy thủy lực là 3104,55 s -1 na82mg trong khoảng cho phép  Đây là khuấy trộn hiệu quả [4][7] 27 CHƯƠNG 3 MÁY TRỘN TĨNH (static mixers) 3.1 GIỚI THIỆU Trộn là một quá trình quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp Nó thường được thực hiện bằng cách sử dụng một trong hai tàu khuấy động cơ hoặc máy trộn tĩnh Máy trộn tĩnh bao gồm một loạt các. .. chuyển động trong máy trộn tĩnh, nó là cơ bản bảo trì miễn phí và có thể được cài đặt dễ dàng như bất kỳ phần của đường ống Năng lượng cho trộn có sẵn trong các hình thức áp lực Cho dù vật liệu là trọng lực hay buộc phải thông qua máy trộn sử dụng máy bơm bên ngoài, tổn thất áp suất là một trong những hậu quả của trộn tĩnh và đôi khi là yếu tố hạn chế trong việc lựa chọn máy trộn Các máy trộn tĩnh tốt... Froude được đưa ra trong bảng 2.1 cho các bước nhảy thủy lực khác nhau là không rõ ràng, có thể chồng chéo lên nhau với một mức độ nhất định tùy thuộc vào điều kiện thực tế 23 2.2.4 Tính toán trong bước nhảy thủy lực 2.2.4.1 Nước dâng trong bước nhảy thủy lực Xem xét hai phần, về phía thượng nguồn và hạ lưu của một bước nhảy, như thể hiện trong hình Hình 2.5 Nước dâng trong bước nhảy thủy lực Với 1-1: phần... thế Năng lượng trộn trong bước nhảy: b/ Xác định năng lượng sinh ra có phù hợp với yêu cầu khuấy trộn hiệu quả hay không Vì Fr1 > 10, áp dụng công thức Pavoloski, chiều dài bước nhảy thủy lực: Lj = 2,5 (1,9h2 – h1) = 2,5.(1,9.0,94 – 0,05) = 4,34 (m) Thể tích của bước nhảy thủy lực: Gradient tốc độ của bước nhảy thủy lực là: Thời gian khuấy trộn là So sánh với bảng, ứng với thời gian khuấy t = 4,38s,... cầu pha trộn đúng mà còn trong quá trình phản ứng Thiết kế khác nhau, thường bao gồm các tấm vách ngăn hoặc vị trí trong góc chính xác để dòng chảy trực tiếp, gia tăng bất ổn và đạt được trộn Dòng chảy trong một ống rỗng tạo ra một mức độ pha trộn xuyên tâm nhưng trong hầu hết các trường hợp, trộn hiệu quả chỉ xảy ra đầy đủ khi chiều dài thực tế của ống Chèn một máy trộn tĩnh tăng tốc đáng kể trộn nội... chiều dài L thì thể tích của bước nhảy thủy lực sẽ là: Thời gian lưu trữ t sẽ là: 2.2.4.5 Bài tập ứng dụng Một khuấy trộn bước nhảy thủy lực như hình dưới đây được sử dụng để trộn phèn trong quá trình xử lý nước Chiều cao dưới cùng của cửa đến đáy của kênh là 5cm Lưu lượng dòng chảy đi vào khuấy trộn là 0,048 m3/s và chiều rộng của kênh là 10 cm a/ Tính năng lượng trộn trong bước nhảy Ta có: Vận tốc khi... như các yếu tố pha trộn được cài đặt trong đường ống, ống dẫn hoặc ống truyền Mục đích của chèn là để phân phối lại chất lỏng trong một hướng ngang với hướng của dòng chảy chính, cả hai tiếp tuyến và xuyên tâm Máy trộn tĩnh tìm thấy ứng dụng trong nhiều quy trình như pha trộn của chất lỏng có thể trộn cả trong lớp chất lỏng và dòng chảy hỗn loạn, pha trộn và phân tán của chất lỏng không ổn định bằng cách . THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG  BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ CUỐI KỲ MÔN QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TÌM HIỂU CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG KHUẤY TRỘN THỦY LỰC Nhóm sinh viên thực hiện (nhóm. THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG  BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ CUỐI KỲ MÔN QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TÌM HIỂU CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG KHUẤY TRỘN THỦY LỰC Nhóm sinh viên thực hiện (nhóm. như vị trí của công trình trộn trong sơ đồ xử lý nước • Hiểu rõ hơn về sự phân chia khuấy trộn theo các phương pháp khác nhau • Tìm hiểu rõ quy trình hoạt động của một số loại công trình khuấy trộn