Bài giảng các quá trình cơ học chương 9 trạng thái tâng sôi khối hạt

CHƯƠNG 9: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Khái niệm: Trong các thiết bị của ngành Công Nghệ Hoá Học, thường gặp hiện tượng tương tác giữa khối hạt và dòng lưu chất chuyển qua khối hạt đó, ứng với vận tốc nào đó thì khối hạt linh động hẳn lên, hiện tượng đó gọi là trạng thái tầng sôi của khối hạt CHẾ ĐỘ CHẢY Sự tác động tương hỗ giữa khối hạt và dòng lưu chất đánh giá bằng chuẩn số đồng dạng Reynolds (của hạt) vdρ vd Re = = µ υ VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt)  Khi hạt chuyển động ống, hình (H 9.1) sẽ chịu các lực sau : • Trọng lực G = mg = Vr.ρr.g; N • Lực đẩy Archimede Ar = Vr.ρ.g; N • Lực cản môi trường F = C r A.ρ v2 ;N  Vận tốc cân bằng Định nghĩa: “Vận tốc của dòng lưu chất theo phương đứng đưa hạt vào trạng thái cân bằng lực, thì vận tốc đó gọi là vận tốc cân bằng” v cb = g.d ( ρ r - ρ) C r ρ ;m / s VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt)  Xét khi:  v = vcb: hạt ở trạng thái lơ lửng  v > vcb: hạt bị lôi cuốn theo dòng chảy  v < vcb: hạt lắng xuống (xảy quá trình lắng)  Công thức tính vận tốc cân bằng có hệ số Cr là hệ số trở lực của hạt 24  Vùng chảy tầng: C r = Re  Vùng Alen: C r = 18,5 Re 0,6  Vùng Newton – Rittinger Cr = 0,44 CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG  Chuẩn số Archimede Từ (9 – 3) bình phương hai vê gd( ρ r − ρ) = 2 C r ρ d ρ Re C r = Ar (9 - 4) d g( ρ r − ρ ) ρ Ở đây: Ar = µ2 Re µ Thay Re vào (9 – 4) tìm được CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG (tt)  Chuẩn số Lia – Sen – cô, ký hiệu LY Re LY = Ar v 3ρ LY = µg( ρ r − ρ) v cb3ρ Khi v = vcb ⇒ LY = µg( ρ r − ρ) CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH VẬN TỐC CÂN BẰNG 4.1 Tính theo phương pháp tính lặp Lần lượt sau: • Chọn trước giá trị v’cb • Kê đên tính Re, sẽ tìm vùng nào để có Cr • Đem Cr thê vào (9 – 3) • Nêu vcb = v’cb chính là kêt quả, nêu vcb ≠ v’cb chọn lại v’cb và tính lặp từ đầu Nhược điểm: • Phương pháp này có nhược điểm là mất nhiều thời gian tính CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH VẬN TỐC CÂN BẰNG 4.2 Tính theo phương pháp chế độ chảy Trình tự sau: • Trước hêt tính Ar, nêu: Ar < 3,6 ⇒ Re = Ar 18 1,  Ar 3,6 < Ar < 84000 ⇒ Re =    13,9  2  Ar Ar > 84000 ⇒ Re =    0,33  • Khi đã biêt Re tính: v cb = Re μ ρ.d 4.3 Tính theo phương pháp đồ thi v cb = v cb = Re μ ρ.d ;m / s LYcb μ.g( ρ r - ρ ) ρ2 ;m / s TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT (tt) • Từ công thức (9 – 13) và (9 – 14) ta tìm được vk • Gọi hệ số tầng sôi là tỉ số giữa vận tốc làm việc thiêt bị tầng sôi chia cho vận tốc tới hạn – ký hiệu Kv v Kv = vk CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI Có ba dạng thiêt bị tầng sôi thông dụng sau:  Thiết bi một tầng sôi CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)  Thiết bi nhiều tầng sôi CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)  Thiết bi tầng sôi nhiều ngăn BÀI TẬP Bài Hạt thạch anh hình cầu d = 0,9mm, ρr = 2659kg/m3 chịu tác động của dòng nước theo phương đứng Tính vận tốc cân bằng của hạt thạch anh đó Từ công thức (9 – 5): Ar = d g( ρ r - ρ) ρ μ2 Bài giải ( 0,9.10 - ) ( 2659 - 1000)1000.10 = = , 18 10 (10 -3 ) Ở nước ở 200C là: µ = 1cP và ρ = 1000 kg/m3 Tìm giản đồ hình (H9.2) – đường trục hoành lấy Ar = 1,18.104 chiêu sang bên phải đọc Re = 140 v cb 140.10−3 = = 0,15 m s −3 10 0,9.10 BÀI TẬP Bài Dòng nước có khối lượng riêng ρ = 1000kg/m3 và độ nhớt µ = 1,3cP chảy theo phương đứng với vận tốc v = 0,5m/s sẽ tạo trạng thái cân bằng cho hạt phấn hình cầu; biêt khối lượng riêng của phấn là ρr = 2710kg/m3 Xác định đường kính d hạt phấn đó? Bài giải Rõ ràng theo đề cho v = vcb = 0,5 m/s, tìm chuẩn số LY theo (9 – 6) v cb3ρ2 0,53.10002 LY = = = , 72 10 µg( ρr − ρ) 1,3.10−3.10( 2710 − 1000) Trên giản đồ hình (H9.2) tiên hành tra cứu sau: •Từ LY = 5,72.103 nằm trục tung kéo sang phải cắt đường hạt cầu •Gióng xuống cắt đường 1800.1,3.10−3 d= = 4,68mm •Gióng qua phải cắt Re 1000.0,5 •Đọc Re = 1800 BÀI TẬP Bài Tạo tầng sôi bằng cách thổi dòng khí vào một khối lượng hạt G = 188kg thiêt bị tầng sôi hình trụ có đường kính D = 1000mm, chiều cao lớp hạt tĩnh h0 = 500mm, khối lượng riêng hạt ρr = 800kg/m3, đường kính trung bình của hạt d = 1,86mm • Tính lưu lượng dòng khí thổi qua lớp hạt cho đạt độ xốp ε = 0,5 biêt khối lượng riêng không khí ρk = 0,8kg/m3 và độ nhớt 1,5.10-5 Pa.S ? • Tính hệ số tầng sôi? Bài giải tập Bài giải tập (tt) Bài giải tập (tt) BÀI TẬP Bài Dùng thiêt bị tầng sôi để sấy muối bột xuất khẩu, biêt kích thước trung bình của hạt muối d = 0,68.10-3m; khối lượng riêng của muối ρr = 1100 kg/m3 Đưa vào sấy tầng sôi bằng dòng không khí nóng ở nhiệt độ t = 2000C, và khối lượng riêng dòng khí đó ρk = 0,7kg/m3, độ nhớt µk = 2,8.10-5 Pa.S Biêt chiều cao lớp muối ở trạng thái tĩnh h0 = 0,1m ứng với ε0 = 0,32 Hãy tính chiều cao lớp sôi h đạt hệ số Kv = 2,5 Bài giải Bài giải tập (tt) [...]... tầng sôi 7 CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)  Thiết bi nhiều tầng sôi 7 CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)  Thiết bi tầng sôi nhiều ngăn 8 BÀI TẬP Bài 1 Hạt thạch anh hình cầu d = 0,9mm, ρr = 2659kg/m3 chịu tác động của dòng nước theo phương đứng Tính vận tốc cân bằng của hạt thạch anh đó Từ công thức (9 – 5): Ar = d 3 g( ρ r - ρ) ρ μ2 Bài giải 3 ( 0 ,9. 10 - 3 ) ( 26 59. .. 0,8kg/m3 và độ nhớt 1,5.10-5 Pa.S ? • Tính hệ số tầng sôi? Bài giải bài tập 3 Bài giải bài tập 3 (tt) Bài giải bài tập 3 (tt) 8 BÀI TẬP Bài 4 Dùng thiêt bị tầng sôi để sấy muối bột xuất khẩu, biêt kích thước trung bình của hạt muối d = 0,68.10-3m; khối lượng riêng của muối ρr = 1100 kg/m3 Đưa vào sấy tầng sôi bằng dòng không khí nóng ở nhiệt độ t = 2000C, và... 1,75 + Ar 3 ε0 (9 – 14) Ar Đặt biệt khi ε0 = εk = 0,4 thì Re k = 1400 + 5,22 Ar 6 TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT (tt) • Từ công thức (9 – 13) và (9 – 14) ta tìm được vk • Gọi hệ số tầng sôi là tỉ số giữa vận tốc làm việc trong thiêt bị tầng sôi chia cho vận tốc tới hạn – ký hiệu Kv v Kv = vk 7 CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI Có ba dạng thiêt bị tầng sôi thông dụng... vùng trạng thái tầng sôi của lớp hạt, vận tốc dòng lưu chất: vk < v < vt  III – Là vùng hạt bị lôi cuốn theo dòng chảy v > vt 6 TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT Độ xốp ε của lớp sôi xác định theo phương trình chuẩn số 2  0, 21  18 Re + 0,36 Re  ε =   Ar   (9 – 13) Reynolds tới hạn Rek tại điểm A, hình (H9.4) cũng xác định theo phương trình chuẩn số Ar Re... lượng riêng dòng khí đó ρk = 0,7kg/m3, độ nhớt µk = 2,8.10-5 Pa.S Biêt chiều cao lớp muối ở trạng thái tĩnh h0 = 0,1m ứng với ε0 = 0,32 Hãy tính chiều cao lớp sôi h khi đạt hệ số Kv = 2,5 Bài giải Bài giải bài tập 4 (tt) ... phải cắt đường hạt cầu 1 •Gióng xuống cắt đường 6 1800.1,3.10−3 d= = 4,68mm •Gióng qua phải cắt Re 1000.0,5 •Đọc Re = 1800 8 BÀI TẬP Bài 3 Tạo tầng sôi bằng cách thổi dòng khí vào một khối lượng hạt G = 188kg trong thiêt bị tầng sôi hình trụ có đường kính D = 1000mm, chiều cao lớp hạt tĩnh h0 = 500mm, khối lượng riêng hạt ρr = 800kg/m3, đường kính trung bình của... ( 26 59 - 1000)1000.10 4 = = 1 , 18 10 (10 -3 ) 2 Ở đây nước ở 200C là: µ = 1cP và ρ = 1000 kg/m3 Tìm trên giản đồ hình (H9.2) – đường 6 trên trục hoành lấy Ar = 1,18.104 chiêu sang bên phải đọc Re = 140 v cb 140.10−3 = 3 = 0,15 m s −3 10 0 ,9. 10 8 BÀI TẬP Bài 2 Dòng nước có khối lượng riêng ρ = 1000kg/m3 và độ nhớt µ = 1,3cP chảy theo phương đứng với vận tốc v = 0,5m/s thì... phấn hình cầu; biêt khối lượng riêng của phấn là ρr = 2710kg/m3 Xác định đường kính d hạt phấn đó? Bài giải Rõ ràng theo đề cho v = vcb = 0,5 m/s, tìm chuẩn số LY theo (9 – 6) v cb3ρ2 0,53.10002 3 LY = = = 5 , 72 10 µg( ρr − ρ) 1,3.10−3.10( 2710 − 1000) Trên giản đồ hình (H9.2) tiên hành tra cứu như sau: •Từ LY = 5,72.103 nằm trên trục tung kéo sang phải cắt đường hạt cầu ... THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)  Thiết bi nhiều tầng sôi CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)  Thiết bi tầng sôi nhiều ngăn BÀI TẬP Bài Hạt thạch anh hình cầu d = 0,9mm, ρr = 2659kg/m3 chịu... độ nhớt 1,5.10-5 Pa.S ? • Tính hệ số tầng sôi? Bài giải tập Bài giải tập (tt) Bài giải tập (tt) BÀI TẬP Bài Dùng thiêt bị tầng sôi để sấy muối bột xuất khẩu, biêt kích... công thức (9 – 5): Ar = d g( ρ r - ρ) ρ μ2 Bài giải ( 0 ,9. 10 - ) ( 26 59 - 1000)1000.10 = = , 18 10 (10 -3 ) Ở nước ở 200C là: µ = 1cP và ρ = 1000 kg/m3 Tìm giản đồ hình (H9.2) – đường