BÁO CÁO QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ BÀI KHUẤY CHẤT LỎNG

Do yêu cầu tính công suất khuấy dựa vào hiệu số công suất của trường hợp có và không có chất lỏng tương ứng với loại cánh khuấy cùng tốc độ nên phải tiến hành thí nghiệm ở trường hợp cáo

2.1Khái niệm cơ bản

Khuấy là quá trình làm giảm sự không đồng nhất trong chất lỏng Đó là sự chênh lệch về nồng độ, độ nhớt, nhiệt độ…ở những vị trí khác nhau trong lòng chất lỏng

Trong các hệ thống khuấy, một trong những vấn đề được đặt ra là tiên đoán công suất tiêu tốn cho một hệ thống nhất định

Phân tích thứ nguyên cho thấy:

(2)

Trong đó:

NP= : chuẩn số công suất có ý nghĩa của một thừ số ma sát

Re=: chuẩn số Reynold của cánh khuấy, tỉ số giữa lực li tâm và lực ma sát Nó đặc trưng cho chế độ chảy của lưu chất trong bình khuấy

Fr=: chuẩn sô Froude, tỉ số giữa lực ly tâm và lực trọng trường, đặc trưng cho sựhình thành xoáy phễu

: các thừa số hình dạng của hệ thống

Giữa các hệ thống thỏa mãn điều kiện đồng dạng hình học, các thừa số hình dạng bằngnhau Ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của chúng, vì thế:

Np= f((Re,Fr) (3)

2.3 Giản đồ công suất

Công thức để xác định công suất khuấy trộn:

P=NpN3d5

Trong đó:

Np phụ thuộc vào 2 chuẩn số Re và Fr Việc xác định chuẩn số công suất Np bằng giải tích cho đến nay vẫn còn rất khó khăn Vì thế, người ta dùng thực nghiệm để xây dựng quan hệ giữa ba chuẩn số nói trên Thông thường, người ta tìm cách cố định một trong 2 thông số, giả sử là Re, ở một giá trị Re1 nào đó, làm thí nghiệm với các giátrị Fr1, Fr2, để được các Np tương ứng Sau đó sẽ thay đổi Re đến các Re2, Re3,…và lặp lại quy trình Dễ thấy rằng ta sẽ có một mặt phẳng trong hệ trục tọa độ Re-Fr-Np để

mô tả phương trình (3)

Từ giản đồ 3 chiều người ta sẽ chuyển về 2 chiều để có thể sử dụng Tuy nhiên, người ta nhận thấy rằng đối với đa số các hệ thống thực, Fr không phải là yếu tố ảnh hưởng quyết định lên Np Do đó, ta có thể vẽ đồ thị thể hiện quan hệ giữa Np và Re và

bỏ qua Fr

Đồ thị mô tả quan hệ đó gọi là giản đồ chuẩn số công suất khuấy

3 Thiết bị thí nghiệm

2. Lắp loại cánh khuấy cần thiết làm thí nghiệm, lắp tấm chặn khi cần thiết.

3. Khi đèn nguồn (màu xanh bên trái, trên) sáng báo có điện bật CB lên

4. Xoay công tắc (màu đen, bên dưới) theo chiều kim đồng hồ, motor cánh khuấy quay

5. Nhấp nút bấm trên hoặc dưới (bên phải điều khiển) để điều chỉnh số vòng quay của motor

2.Ngưng

1. Xoay công tắc (màu đen) ngược chiều kim đồng hồ Motor cánh khuấy ngừng hoạt động

2. Tắt CB

4.2 Nội dung thí nghiệm :

Thí nghiệm được thức hiện bởi 2 chất lỏng là dầu và nhớt Đối với nhớt tiến hành với cả 3 cánh khuấy, với dầu chỉ dùng cánh khuấy turbin lớn CT2 Ứng với mỗi lại cánh khuấy phải đo 2 chế độ: có và không có tấm chặn Vận tốc khuấy thay đổi từ

50 đến 900 vòng/phút Với nhớt có thể vận tốc 200, 400,600, 700, 800 Với dầu nên để

50, 100, 700, 900

Do yêu cầu tính công suất khuấy dựa vào hiệu số công suất của trường hợp có

và không có chất lỏng tương ứng với loại cánh khuấy cùng tốc độ nên phải tiến hành thí nghiệm ở trường hợp cáo chất lỏng (full) và không có chât lỏng (empty)

Chú ý:

1. Không nên chạy máy quá 1000 vòng / phút Máy sẽ rung, nguy hiểm

2. Mỗi khi bật tắ động cơ hay thay đổi tốc đọ khuấy phải dùng tay giữ động cơ để cho lực ban đầu không làm động cơ xoay mạnh mẽ gây va chạm và hư máy

3. Khi tháo lắp cánh khuấy, trục không để rơi xuống bình dễ làm vỡ bình

4.3 Cách tính công suất khuấy:

Công suất khuấy được tính như sau:

Pmixer=Pfull-Pempty

Ở đây Pfull và Pempty là công suất tiêu thụ điện khi có chất lỏng và không có chất lỏng

Pempty=Uempty.Iempty.k

Uempty,Ufull -điện thế nguồn,V U được đọc trên đồng hồ Volt của tủ điện

Iempty,Ifull -cường độ dòng điện tiêu thụ, A I được đọc trên đồng hồ Ampe của tủ điện

Trường hợp 4: Khuấy chất lỏng là nhớt với cánh khuấy tua-bin lớn không có tấm chặn.

, 0

700 83 , 0 15 ,

0 2 2

=

×

×

= µ

ρ

N

d

Pmixer = Pfull - Pempty

=(Ufull.Ifull - Uempty.Iempty).k =(210.8*0.769 – 215.8*0.734)*0.9 = 3.34

Chuẩn số công suất:

Np =

49 108 700 15 , 0 83 , 0

34 , 3

5 3

, 0

700 83 , 0 15 ,

0 2 2

=

×

×

= µ

ρ

N

d

Pmixer = Pfull - Pempty

=(Ufull.Ifull - Uempty.Iempty).k =(215.1*0.738 – 215.8*0.734)*0.9 = 0.31

Chuẩn số công suất:

Np =

14 10 700 15

, 0 83 , 0

31 0

5 3

850 83 , 0 15 ,

0 2 2

µ

ρ

N

d

Pmixer = Pfull - Pempty

=(Ufull.Ifull –Uempty.Iempty).k =

Chuẩn số công suất:

Np =

31 , 629 850 15 , 0 85 , 0

54 , 20

5 3

d N

Trường hợp 4: Khuấy chất lỏng là nhớt với cánh khuấy tua-bin lớn không có tấm chặn.

, 0

850 83 , 0 15 ,

0 2 2

=

×

×

= µ

ρ

N

d

Pmixer = Pfull - Pempty

=(Ufull.Ifull –Uempty.Iempty).k =(209.8*0.759 – 215.8*0.734)*0.9 = 0.76

Chuẩn số công suất:

Np=

26 20 850 15 , 0 83 , 0

76 0

5 3

, 0

850 83 , 0 075 ,

ρ

N d

Pmixer= Pfull - Pempty

=(Ufull.Ifull –Uempty.Iempty).k =( 208.5*0.754 – 209.3*0.762)*0.9 = -2.05

Chuẩn số công suất:

Np=

06 1756 850

075 , 0 83 , 0

05 2

5 3

P mixer N p

U empty I empty U full I full

Khối lượng riêng của nhớt : ρ

, 0

850 83 , 0 075 ,

0 2 2

=

×

×

= µ

ρ

N d

Pmixer= Pfull - Pempty

=(Ufull.Ifull –Uempty.Iempty).k = (208.8*0.741- 209.3*0.762)*0.9 = -4.29

Chuẩn số công suất:

Np =

49 3674 850

075 , 0 83 , 0

29 4

5 3

d N

, 0

850 83 , 0 15 ,

0 2 2

=

×

×

= µ

ρ

N d

Pmixer = Pfull - Pempty

=(Ufull.Ifull –Uempty.Iempty).k = (217.8*0.749-216.2*0.853)*0.9 = -19.16

Chuẩn số công suất:

Np =

88 512 850

15 , 0 83 , 0

16 19

5 3

d N

Có chất lỏng

U empty I empty U full I full

Chuẩn số Reynold:

Re =

49 1753 009089

, 0

850 83 , 0 15 ,

0 2 2

=

×

×

= µ

ρ

N d

Pmixer= Pfull - Pempty

=(Ufull.Ifull –Uempty.Iempty).k =(210.0*0.730-216.2*0.853)*0.9 = -28.01

Chuẩn số công suất:

Np=

78 749 850

15 , 0 83 , 0

01 28

5 3

d N

, 0

700 83 , 0 15 ,

0 2 2

=

×

×

= µ

ρ

N

d

Pmixer = Pfull - Pempty

=(Ufull.Ifull - Uempty.Iempty).k =( 211.0*0.716 - 216.2*0.853)*0.9= -30.01

Chuẩn số công suất:

Np =

51 975 700

15 , 0 83 , 0

01 30

5 3

, 0

700 83 , 0 15 ,

0 2 2

=

×

×

= µ

ρ

N

d

Pmixer = Pfull - Pempty

=(Ufull.Ifull - Uempty.Iempty).k =(209.4*0.751-216.2*0.853)*0.9 = -24.44

Chuẩn số công suất:

Np =

60 794 700

15 , 0 83 , 0

44 24

5 3

Có chất lỏng (Full) P mixer N p

U empty I empty U full I full

Trường hợp 1: Khuấy chất lỏng là dầu với cánh khuấy tua-bin lớn có tấm chặn.

Trường hợp 2: Khuấy chất lỏng là dầu với cánh khuấy tua-bin lớn không có tấm chặn.

Đồ thị:

Trường hợp 3: Khuấy chất lỏng là nhớt với cánh khuấy tua-bin lớn có tấm chặn.

Trường hợp 4: Khuấy chất lỏng là nhớt với cánh khuấy tua-bin lớn không có tấm

Đồ thị:

Trường hợp 7: Khuấy chất lỏng là nhớt với cánh khuấy chân vịt có tấm chặn.

Trường hợp 8: Khuấy chất lỏng là nhớt với cánh khuấy chân vịt không có tấm chặn.

Đồ thị:

Trường hợp 9: khuấy chất lỏng là dầu với cánh khuấy chân vịt lớn có tấm chặn Trường hợp 10: khuấy chất lỏng là dầu với cánh khuấy chân vịt lớn không tấm chặn

4.Bàn luận

Câu 1: Nhận xét sự ảnh hưởng của tấm chặn tới công suất khuấy?

+Khi vận tốc khuấy nhỏ, công suất khuấy khi có và không có tấm chặn chênh lệch không nhiều Vì lúc này ảnh hưởng của lực ly tâm không đáng kể và vì chưa xuất hiện xoáy phễu, dòng lưu chất không tác dụng nhiều với tấm chặn nên ảnh hưởng của tấm chặn thể hiện không rõ rệt.

+Khi vận tốc khuấy lớn, lực ly tâm cũng lớn và xuất hiện xoáy phễu khi không có tấm chặn Ngược lại khi có tấm chặn trở lực cản trở dòng chảy xoáy tròn của chất lỏng trong bồn khuấy tăng, chất lỏng sẽ va đập vào các tấm chặn truyền bớt năng lượng, giảm vận tốc, chảy theo biên tấm chặn không tạo thành xoáy phễu Khi đó ngoài tiếp xúc với bình còn ma sát với tấm chặn, mất thêm năng lượng, đồng thời chất lỏng dội ngược về va chạm nhiều hơn với cánh khuấy nên khi có tấm chặn công suất khuấy cần phải lớn hơn

+ Tấm chặn nếu dùng một công suất bằng với công suất khi không có tấm chặn thì

do trở lực của dòng chảy đó, vận tốc khuấy sẽ đạt giá trị thấp hơn Vì vậy để đảm bảo được vận tốc khuấy cần thiết ta phải cung cấp một công suất khuấy lớn hơn trường hợp không lắp tấm chặn,

Câu 2: Nhận xét sự tiêu thụ năng lượng của từng loại cánh khuấy?

- Với cùng một loại cánh khuấy và cùng điều kiện thí nghiệm về các thông số khác, đường kính cánh khuấy càng lớn thì năng lượng tiêu thụ càng lớn

- Năng lượng tiêu thụ phụ thuộc vào tiết diện vuông góc với vận tốc dài của cánh khuấy Tiết diện càng lớn, lực cản của chất lỏng lên cánh khuấy càng lớn năng lượng tiêu hao để thắng được lực cản đó càng lớn.

Năng lượng tiêu hao của từng loại cánh khuấy khác nhau là khác nhau Cánh khuấy chân vịt tiêu hao năng lượng ít hơn cánh khuấy tuabin

và do đó sẽ sử dụng càng nhiều năng lượng.

Câu 3: Tại sao lại chọn khoảng cánh giữa các vận tốc trong trường hợp khuấy dầu lớn hơn khuấy nhớt?

- Cùng một tốc độ quay, lực ma sát giữa dầu với cánh khuấy nhỏ hơn lực ma sát giữa nhớt với cánh khuấy( do độ nhớt của dầu nhỏ hơn nhiều so với nhớt, chỉ gần bằng một nửa) Vì vậy:

+ Vận tốc cánh khuấy khi khuấy dầu phải thây đổi một giá trị đủ lớn mới thấy được sự thay đổi của các giá trị lực ma sát, nhờ đó ta mới có thể khảo sát thấy được sự thay đổi của lực ma sát.

+ Trường hợp chất lỏng là nhớt, chỉ cần thay đổi một lượng nhỏ vận tốc là đã thấy được sự thay đổi của lực ma sát.

Câu 4: Trong trường hợp nào thì có xoáy phễu? Theo bạn nó có lợi hay không? Có những phương pháp nào làm mất xoáy phễu? Bề mặt của xoáy có những dạng lõm xuống hay lồi lên? Tại sao?

- Chất lỏng khi chuyển động trong thùng khuấy chịu tác dụng của trường lực ly tâm cánh khuấy cho nên bề mặt thoáng trong thiết bò từ phẳng chuyển thành parabol mà đáy của nó tại tâm Hiện tượng này gọi là sự tạo phễu trong thiết bò.

Khi Re > 300 thì lưu chất ở chế độ chảy xoáy và xuất hiện xoáy phễu.

- Thường thì xoáy phễu không có lợi, vì:

+ Sự tạo thành phễu không tốt đến quá trình khuấy Từ phễu không khí có thề xâm nhập vào môi trường lỏng làm giảm hiệu quả của quá trình khuấy, dồng thời cánh khuấy chịu tác dụng của lực phụ làm cho công suất khuấy tăng.

+ Chất lỏng có thể bị tổn thất do bị tràn ra ngoài.

- Những phương pháp làm mất xoáy phễu là:

+ Đặt lệch tâm cánh khuấy vào thùng khuấy

+ Ghép tấm chặn trong thùng khuấy

- Bề mặt phân bố phần chất lỏng có dạng cong lõm do khi xoáy phễu xuất hiện thì vận tốc xoáy của dòng lưu chất lớn, lực ly tâm đủ lớn sẽ tạo ra một trường lực cân bằng với trọng lực của chất lỏng Theo bản chất lực ly tâm có xu hướng đem các phần tử từ tâm ra ngoài Đến thành bình chúng bò cản lại vì ứ đọng tại

đó Vì vậy mật độ các phần tử tại tâm sẽ ít hơn các phần tử ở ngoài thành bình.