Bài thí nghiệm xác định tổn thất năng lượng dòng chảy

4 Tiến hành thí nghiệm Chuẩn bị thí nghiệm Pha dịch lọc.

XÁC ĐỊNH TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY

Vận chuyển chất lỏng là một trong những hoạt động rất phổ biến và cần thiết trong các nhà máy chế biến thực phẩm Thí dụ như vận chuyển sữa trong nhà máy, hệ thống cung cấp nước phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất, cung cấp nước cho nồi hơi

Hiệu quả sử dụng năng lượng phụ thuộc vào đặc tính dòng chảy và đặc tính của hệ thống vận chuyển Hiệu quả vận chuyển cao nhất có thể đạt được khi làm giảm đến mức có thể được các tổn thất do ma sát

Bài thực tập nầy giúp tìm hiểu và đánh giá tổn thất năng lượng trong quá trình vận chuyển chất lỏng

2 Mục đích

Dưạ trên tính toán lý thuyết và thực tế để đánh giá tổn thất (lý thuyết và thực tế) làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống vận chuyển chất lỏng trong nhà máy chế biến thực phẩm

Biết cách sử dụng phương pháp toán học để so sánh các dữ liệu

3 Tiến hành thí nghiệm

Thí nghiệm được tiến hành theo các bước sau:

1) Trước khi tiến hành thí nghiệm, tìm hiểu mô hình các đường ống thí nghiệm, các van, co, các măng sông chuyển đường kính,v.v Vẽ lại sơ đồ đường ống, đo độ cao của đồng hồ, chiều dài của các đoạn ống, đường kính ống và các phụ kiện Xác định đơn vị và cách đọc của lưu lượng kế, áp kế 2) Mở bơm và van trên hệ thống, điều chỉnh lưu lượng tới mức thích hợp dựa vào lưu lượng kế

3) Ghi lại áp suất trên các đồng hồ

4) Điều chỉnh van để có lưu lượng mới Tiếp tục tiến hành thí nghiệm theo bước 2) (trong thí nghiệm cần thay đổi 4 mức lưu lượng)

6.Thu nhận dữ liệu

Sinh viên điền các dữ liệu thu thập được vào bảng sau :

Bảng 1 Số liệu thu được từ thí nghiệm

Đoạn Đường kính ống, mm Chiều dài ống, mm

Lưu lượng, lít/phút Mức (1) Mức (2) Mức (3) Mức (4)

Áp suất trên các áp kế Mức (1) Mức (2) Mức (3) Mức (4)

1 2 3 4 5 6

Tính toán

- Tính số Re ở các đoạn ống có đường kính khác nhau

- Viết phương trình Bernoulli đi qua 1đoạn ống (giữa 2 áp kế)

- Tính tổn thất theo phương trình Bernoulli

Báo cáo kết qua

- Vẽ lại sơ đồ hệ thống ống thí nghiệm

- Số Reynolds cho các đoạn

- Kết quả tính tổn thất

- Giải thích kết quả

Cách tính toán thí nghiệm

Bảng 2 Suy ra từ số liệu thu được ở bảng 1

Q1

Q2

Q3

Q4

p11

p12

p13

p14

p22

p22

p23

p24

…

1 KG/cm2 = 9,81.104 Pa 1.Tính tổn thất thực tế:

Áp suất p1, p2 vận tốc v1 và v2

g

v v g

p p z

z

Hthucte

2 )

(

2 2

2 1 2 1 2

1 2 1

− +

− +

−

=

Tính Hthựctế ứng với mỗi lưu lượng và trên mỗi đoạn giữa 2 đồng hồ

a) Xác định vận tốc trong ống

µ

ρ

.

4Q

π

=

,m/s D: đường kính ống dẫn, m

b) Xác định chỉ số Reynold của dung dịch trong ống dẫn

ρ : khối lượng riêng; µ : độ nhớt

XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH LỌC

1 Mục đích

Trở lực bã lọc là một tham số rất quan trọng trong việc tính toán, thiết kế, điều khiển quá trình lọc Thí nghiệm được bố trí nhằm thu thập các số liệu có liên quan đến việc tính toán trở lực bã lọc (α)

2 Dụng cụ

- Phễu lọc

- Cốc thủy tinh

- Bình định mức

- Giấy lọc, vải lọc

- Đũa thủy tinh

3 Cơ sở lý thuyết lọc

Gọi U: Vận tốc của dịch lọc (tốc độ lọc) [m/s]

µ: Độ nhớt của dịch lọc [Pa.s]

A: diện tích bề mặt lọc [m2]

m: Khối lượng của bã lọc [kg]

Trở lực vật liệu lọc được tính bằng công thức:

U

P

m

µ

∆

=

[1/m]

∆Pm: Chênh lệch áp suất [Pa]

Trở lực của bánh lọc α













∆

=

A

m U

P c

µ α

[m/kg]

Tổn thất áp suất khi dịch lọc đi qua bã lọc và vật liệu lọc

c

P

P=∆ +∆

∆

Hay

U R A

m U











=

∆

Nếu gọi V: thể tích dịch lọc , m3

c: Nồng độ chất rắn trong dịch lọc, kg/m3 Vận tốc lọc

dt

dV A

[m/s]

Thay U vào phương trình trên ta được phương trình lọc

dt

dV A

R dt

dV A A

m











=

∆

Nếu lọc với áp lực lọc bằng hằng số ΔP=Constant

dV A

R dt

dV A A

cV











=

∆

Lấy tích phân phương trình trên ta được

t

V A

R t

V A A

V c

1 1

2

αµ  +











=

∆

Chuyển thành

P

R V P A

c V

A

∆ +













∆

= αµ µ

2

.

Phương trình có dạng y = ax + b

Hệ số góc a được tính













∆

=

P A

c a

2 αµ

Giao điểm với trục Y

P

R

b m

∆

= µ

Từ thí nghiệm thu được quan hệ thể tích dịch lọc thu được theo thời gian ta sẽ xác định được α và Rm

4 Tiến hành thí nghiệm

Chuẩn bị thí nghiệm

Pha dịch lọc Sau khi chuẩn bị dung dịch trên, thí nghiệm tiến hành trong phễu lọc lớn, với các vật liệu lọc khác nhau như vải lọc, giấy lọc nhằm so sánh hiệu suất của quá trình lọc

Đo các thông số của quá trình lọc bao gồm:

Diện tích bề mặt lọc A (m2) (diện tích bề mặt giấy lọc)

Áp suất lọc ΔP (Pa) (tùy áp suất lọc)

Độ nhớt dịch lọc µ (Pa.s) (đo trực tiếp bằng nhớt kế)

Nồng độ chất không tan trong dung dịch c (kg/l) (xác định trực tiếp)

Thời gian, s Lượng dịch lọc, lít

t1

t2

tn

V1

V2

Vn

Với các dữ liệu thu nhận từ thí nghiệm tính toán kết quả:

Thời gian t(s) Dịch lọc V (lít)

V A

t1 V1

1

1

V

A

2

2

V

A

n

n V

A

t Vn

Dùng hồi qui theo phương trình đường thẳng để tính toán hệ số a và b trong phương trình y = ax + b













∆

=

P A

c

a

.

2

.αµ

suy ra trở lực của bã lọc

P

R

b m

∆

= µ

suy ra trở lực giấy lọc R m

Viết phương trình lọc với các tham số đã biết theo t,V và ΔP