Báo cáo thực hành thiết bị:khuấy chất lỏng

Hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt của dòng nóng và dòng lạnh lần lượt:...15 3.3.. Thí nghiệm 4: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cán

Trang 1

BÀI 1 KHUẤY CHẤT LỎNG 6

1 Giới thiệu 6

2 Mục đích thí nghiệm 6

3 Cơ sơ lý thuyết 6

3.1 Khuấy chất lỏng 6

3.2 Mục đích của khuấy 6

4 Thực nghiệm 8

4.1 Thí nghiệm 1: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy mái chèo (không có tấm chặn) 8

4.2 Thí nghiệm 2: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đổi với loại cánh khuấy mái chèo (có tấm chặn) 9

4.3 Thí nghiệm 3: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối vói loại cánh khuấy chân vịt (không có tấm chặn) 9

4.4 Thí nghiệm 4: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân vịt (có tấm chặn) 10

5 Ghi nhận số liệu 11

6 Xử lý số liệu 11

BÀI 2 THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG 12

1 Giới thiệu 12

3 Cơ sở lý thuyết 13

3.1 Nhiệt lượng trao đổi giữa hai dòng 13

3.2 Hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt của dòng nóng và dòng lạnh lần lượt: 15

3.3 Hiệu suất nhiệt độ hữu ích của quá trình truyền nhiệt: 15

Trang 2

3.4 Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: 15

3.5 Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm 15

4 Thực nghiệm 16

4.1 Thí nghiệm 1: khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị 16

4.2 Thí nghiệm 2: khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị 18

6.1 Thí nghiệm 1: khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị truyền nhiệt thủy tinh 21 6.2 Thí nghiệm 2: khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị truyền nhiệt thủy tinh 28 6.3 Thí nghiệm 3: khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị truyền nhiệt inox .33 6.4 Thí nghiệm 4: khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị truyền nhiệt inox .37 BÀI 3 CÔ ĐẶC 43

1 Tóm tắt 43

2 Giới thiệu 43

4.1 Nhiệt độ sôi của dung dịch 44

4.2 Cô đặc một nồi và làm việc gián đoạn 45

4.3 Cân bằng vật chất và năng lượng 45

5.1 Chuẩn bị thí nghiệm 49

Trang 3

BÀI 4 CHƯNG CẤT 52

1 Giới thiệu 52

3.1 Cân bằng vật chất 52

3.2 Cân bằng năng lượng 54

4.1 Dụng cụ, hóa chất 57

4.2 Tiến hành thí nghiệm 57

5.1 Dòng nhập liệu mâm ở đáy 60

5.2 Dòng nhập liệu mâm ở giữa 61

5.3 Dòng nhập liệu mâm ở đỉnh 61

6.1 Xử lý ban đầu 62

BÀI 5 BƠM LY TÂM 78

1 Giới thiệu 78

3.1 Các thông số đặc trưng của bơm 79

3.2 Định luật tỷ lệ 81

3.3 Ảnh hưởng của cột áp đầu vào (hiện tượng xâm thực) 81

4 Tiến hành thí nghiệm 83

4.1 Thí nghiệm 1: xác định các thông số đặc trưng của bơm 83

4.2 Thí nghiệm 2: Xây dựng các đường đặc tuyến tổng hợp 84

Trang 4

4.3 Thí nghiệm 3: Định luật tỷ lệ 86

4.4 Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của cột áp hút (hiện tượng xâm thực) 87

4.5 Thí nghiệm 5: Xây dựng dường đặc tuyến hệ thống và xác định điểm làm việc 88 5 Ghi nhận kết quả 90

5.4 Thí nghiệm 5: Xây dựng dường đặc tuyến hệ thống và xác định điểm làm việc 92 6 Xử lý kết quả 93

6.3 Thí nghiệm 3: Định luật tỷ lệ 97

6.5 Thí nghiệm 5: Xây dựng đường đặc tuyến hệ thống và xác định điểm làm việc 99 BÀI 6 CỘT CHÊM 102

1 Giới thiệu 102

3.1 Chế độ làm việc của tháp đệm 102

3.2 Mối quan hệ giữa độ giảm áp với lưu lượng dòng khí trong tháp 103

3.3 Độ giảm áp khi cột khô (Δ Pck) 104

3.4 Độ giảm áp khi cột ướt (Pcư) 105

3.5 Điểm lụt của cột chêm 107

Trang 5

4.1 Chuẩn bị thí nghiệm 108

5 Báo cáo 109

7.1 Tính toán độ giảm áp khi cột khô 110

7.2 Tính toán độ giảm áp khi cột ướt 112

7.3 Xây dựng giản đồ lụt của cột chêm 115

Trang 6

BÀI 1 KHUẤY CHẤT LỎNG

1 Giới thiệu

Quá trình khuấy chất lỏng được ứng dụng nhiều trong các quá trình công nghệ hóachất, thực phẩm và môi trường Khuấy trộn làm tăng tốc độ truyền nhiệt, truyền khối,tăng tốc độ phản ứng, tạo hệ đồng nhất…

2 Mục đích thí nghiệm

 Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số Re và chuẩn số công suất khuấy, hiệu suấtkhuấy

 Khảo sát công suất khuấy trong các điều kiện khác nhau

3 Cơ sơ lý thuyết

3.1 Khuấy chất lỏng

Khuấy chất lỏng hệ lỏng là quá trình rất thường gặp trong công nghiệp (nhất làcông nghiệp hóa chất và những ngành công nghiệp tương tự: công nghiệp thực phẩm,công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng, công nghiệp hóa dược, côngnghiệp nhẹ,…) và trong cuộc sống hằng ngày

Quá trình khuấy thường được thực hiện trong các ống có dòng chất lỏng chảy qua,trong các bơm vận chuyển, trên đĩa các tháp tinh luyện… cũng như trong các thiết bịkhuấy hoạt động nhờ năng lượng cơ học hoặc nhờ năng lượng của dòng khí nén Trongkhuôn khổ thí nghiệm này ta nghiên cứu về quá trình khuấy cơ học

3.2 Mục đích của khuấy

Mục đích khuấy cơ học được sử dụng nhằm mục đích:

 Tạo các hệ đồng nhất từ các thể tích lỏng và lỏng khí rắn có tính chất, thành phầnkhác nhau: dung dịch, nhũ tương, huyền phù, hệ bọt,…

 Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt

 Tăng cường quá trình trao đổi chất như quá trình truyền khối và quá trình hóa học

Trang 7

3.2.1 Công suất khuấy (N)

Đặc điểm

 Công suất khuấy N phụ thuộc vào chế độ, đặc tuyến dòng trong hệ thống và vào kíchthước hình học của thiết bị Các chế độ chuyển động của lưu chất là dạng màng, dạngrối và dạng chuyển tiếp

 Các thông số ảnh hưởng đến công suất khuấy là: những kích thước quan trọng củathùng chứa và cánh khuấy (dk); độ nhớt (µ, ν) và khối lượng riêng (ρ) của chất lỏng;tốc độ cánh khuấy n và hằng số gia tốc trọng trường g

N dc=U I cosφ

Với U: hiệu điện thế (V)

I: cường độ điện thế (A)

cosφ: hệ số công suất của dòng điện

3.2.2 Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá quá trình khuấy

 Mức độ khuấy: là sự phân bố tương hỗ của hai hoặc nhiều chất sau khi khuấy cả hệ

Trang 8

 Cường độ chất khuấy: ta thường dùng một trong các đại lượng sau đây để biểu thịcường độ khuấy trộn:

 Số vòng quay n của cánh khuấy

 Vận tốc vòng v của đầu cánh khuấy

 Công suất khuấy trộn riêng

 Chuẩn số Reynolds đặc trưng cho quá trình khuấy

 Chuẩn bị nước sạch đến 2/3 thùng khuấy;

 Kiểm tra đúng loại cánh khuấy khảo sát và tấm chặn;

 Chỉnh nút điều khiển tốc độ về vị trí 0 (zero)

4.1.2 Các lưu ý

 Thay chất lỏng khảo sát khi thấy bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi hôi;

 Đảm bảo mức chất lỏng trong thùng khuấy ở mức 2/3 chiều cao thùng, không đượccho chất lỏng vào quá đầy;

 Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra đã lắp đặt đúng loại cánh khuấy và tháotấm chặn hay chưa;

 Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0

Trang 9

4.1.3 Báo cáo

 Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và chuẩn số công suất khuấy

 Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và hiệu suất khuấy

 Nhận xét về kết quả thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn…

4.2 Thí nghiệm 2: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đổi với loại cánh khuấy mái chèo (có tấm chặn)

4.2.1 Chuẩn bị

Tương tự như thí nghiệm 1

4.2.2 Các lưu ý

4.2.3 Báo cáo

4.2.4 ,ủa chất lỏng; tốc độ cánh khuấy n và hằng số gia tốc trọng trường g.ọng của thùng chứa và cánh khuấy (d bị Các chế độ chuyển

 So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại mái chèokhông có tấm chặn

4.3 Thí nghiệm 3: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối vói loại cánh khuấy chân vịt (không có tấm chặn)

4.3.1 Chuẩn bị

Tương tự như thí nghiệm 1

Trang 10

4.3.2 Các lưu ý

4.3.3 Báo cáo

 So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại mái chèokhông tấm chặn

4.4 Thí nghiệm 4: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân vịt (có tấm chặn)

Trang 11

 So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp:

 Khảo sát cánh khuấy loại mái chèo có tấm chặn

 Khảo sát cánh khuấy loại chân vịt không có tấm chặn

5 Ghi nhận số liệu

6 Xử lý số liệu

Trang 12

BÀI 2 THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG

Quá trình truyền nhiệt không ổn định thường xảy ra trong các thiết bị làm việcgián đoạn hoặc trong giai đoạn đầu và cuối của quá trình liên tục Còn quá trình truyềnnhiệt ổn định thường xảy ra trong thiết bị làm việc liên tục

Trong thực tế các thiết bị truyền nhiệt thường làm việc ở chế độ liên tục, việcnghiên cứu quá trình truyền nhiệt không ổn định nhằm mục đích chính là điều khiển cácquá trình không ổn định để đưa về trạng thái ổn định, ngoài ra lý thuyết về truyền nhiệtkhông ổn định khá phức tạp Do đó, trong chương trình này chúng ta chỉ xét đến quátrình truyền nhiệt ổn định

Quá trình truyền nhiệt là quá trình một chiều, nghĩa là nhiệt lượng chỉ được truyền

từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp và truyền từ vật này sang vật khác hay từkhông gian này sang không gian khác thường theo một phương thức cụ thể nào đó hoặc

là tổ hợp nhiều phương thức (truyền nhiệt phức tạp) Các phương thức truyền nhiệt về cơbản gồm dẫn nhiệt, nhiệt đối lưu, bức xạ

Trong bài thực hành này chúng ta tiếp cận thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống, quátrình truyền nhiệt được xem là truyền nhiệt biến nhiệt ổn định

2 Mục đích thí nghiệm

Trang 13

 Sinh viên biết vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van để điềuchỉnh lưu lượng, và hướng dòng chảy, biết những sự cố có thể xảy ra và cách xử lýtình huống.

 Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa 2 dòngqua một bề mặt ngăn cách là ống lồng ống, ống chùm và ống xoắn,…

 Tính toán hiệu suất toàn phần dựa vào cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòngkhác nhau

 Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong 2 trườnghợp xuôi chiều và ngược chiều

 Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh với kết quảtính toán theo lý thuyết KLT

3 Cơ sở lý thuyết

Quá trình trao đổi nhiệt giữa 2 dòng lưu chất quá một bề mặt ngăn cách rất thườnggặp trong các lĩnh vực công nghiệp hóa chất, thực phẩm, hóa dầu,… Trong đó nhiệtlượng do dòng nóng tỏa ra sẽ được dòng lạnh thu vào Mục đích của quá trình nhằm thựchiện một giai đoạn nào đó trong qui trình công nghệ, đó có thể là đun nóng, làm nguội,ngưng tụ hay bốc hơi,… Tùy thuộc vào bản chất quá trình mà ta sẽ bố trí sự phân bố củacác dòng sao cho giảm tổn thất, tăng hiệu suất của quá trình

Hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tùy thuộc vào cách ta bố tríthiết bị, điều kiện hoạt động,… Trong đó, chiều chuyển động của các dòng có ý nghĩa rấtquan trọng

3.1 Nhiệt lượng trao đổi giữa hai dòng

 Cân bằng năng lượng khi 2 dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp: nhiệt lượng do dòngnóng tỏa ra:

 Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:

Trang 14

 Nhiệt lượng tổn thất (phần nhiệt lượng mà dòng nóng tỏa ra nhưng dòng lạnh khôngthu vào được có thể do trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh):

Trang 15

∆ tlog=∆ t max−∆ t min

Nếu ∆ t1 > ∆ t2  ∆ t max = ∆ t1; ∆ t min=∆ t2

Nếu ∆ t1 < ∆ t2  ∆ t max = ∆ t2; ∆ t min=∆ t1

3.2 Hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt của dòng nóng và dòng lạnh lần lượt:

Trang 16

dt : đường kính trong của ống truyền nhiệt (m)

dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m)

Đối với thiết bị truyền nhiệt ống thủy tinh: dt = 8 (mm), dn = 10 (mm) dtb = 9 (mm).Đối với thiết bị truyền nhiệt ống inox: dt = 11 (mm), dn = 13 (mm) dtb = 12 (mm)

n : số ống truyền nhiệt (ống)

Đối với thiết bị truyền nhiệt ống thủy tinh: n = 19 (ống)

Đối với thiết bị truyền nhiệt ống inox: n = 61 (ống)

L: chiều dài ống truyền nhiệt (m)

Đối với thiết bị truyền nhiệt ống thủy tinh: L = 650 (mm)

Đối với thiết bị truyền nhiệt ống inox: L = 500 (mm)

Trong thiết bị truyền nhiệt thủy tinh:

Trang 17

4.1.1 Chuẩn bị

 Trước khi mở bơm phải đảm bảo hệ thống van phải phù hợp (nghĩa là phải có dòngchảy), tránh trường hợp mở bơm mà không có dòng chảy (nghĩa là van đóng mở sai)thì sẽ gặp hiện tượng như sau:

 Lưu lượng kế không thấy hoạt động

 Tiếng kêu động cơ lớn hơn bình thường

 Bung một số khớp nối mềm (nếu có)

 Xì nước ở roăn mặt bích

 Có khả năng hỏng bơm (bốc mùi khét)

Nếu gặp hiện tượng như vậy thì tắt bơm kiểm tra lại hệ thống van

 Trước khi mở điện trở phải đảm bảo trong thùng có nước điều này rất quan trọng vìnếu bật điện trở mà không có nước trong thùng thì chỉ cần 1-3 phút điện trở sẽ hỏng

 Trước khi mở bơm phải đảm bảo trong thùng chứa phải có nước

 Phải xác định được các vị trí đầu do nhiệt độ, quan trọng đó là nhiệt độ nóng vào vànóng ra, lạnh vào, lạnh ra nếu việc đánh giá trên các đầu dò không khớp mô hình ở sơ

đồ thì sinh viên dựa vào phán đoán sau:

 Nhiệt độ cài đặt luôn cao nhất (T9)

 Nhiệt độ nóng vào cao thứ nhì (T1; T5)

 Nhiệt độ lạnh vào luôn thấp nhất (T2;T4;T6;T8)

 Nhiệt độ nóng ra (T3;T7) lớn hơn lạnh ra (T2;T4;T6;T8) nếu bố trí chảy xuôichiều

 Khi mở bơm khởi động phải mở van hoàn lưu (VL1, VN1)

 Khi vận hành chính thức dòng nóng chảy qua nhánh phụ không qua lưu lượng kế

4.1.2 Các lưu ý

 Trước khi mở điện trở phải đảm bảo trong thùng có nước ít nhất 2/3 thùng

 Trước khi mở bơm phải đảm bảo trong thùng chứa phải có nước

 Trước khi mở bơm phải đảm bảo hệ thống van phải phù hợp

 Khi mở bơm khởi động phải mở van hoàn lưu

Trang 18

 Khi điều chỉnh lưu lượng cần điều chỉnh lưu lượng dòng nóng trước và điều chỉnhxong cho dòng nóng đi qua nhánh phụ sau đó tắt bơm nóng Tiếp theo điều chỉnh lưulượng dòng lạnh, điều chỉnh xong mở bơm nóng.

 Nhiệt độ đầu vào mỗi thí nghiệm phải giống nhau

4.1.3 Báo cáo

 Xác định nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra, lạnh thu vào và nhiệt lượng tổn thất

 Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ

 Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt

 Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

 Xác định hệ số truyền nhiệt theo lý thuyết

 Vẽ đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh vớikết quả tính toán theo lý thuyết KLT trong trường hợp xuôi chiều

4.2 Thí nghiệm 2: khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị

 Vẽ đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh vớikết quả tính toán theo lý thuyết KLT trong trường hợp ngược chiều và so sánh với thínghiệm 1

Trang 19

 Tương tự có thể khảo sát các thiết bị TB2 đối với mô hình ống chùm và ống xoắnhoặc có thể tháo lắp các thiết bị khác đổi với mô hình thiết bị ống lồng ống.

4.2.4 Báo cáo

 Vẽ đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh vớikết quả tính toán theo lý thuyết KLT trong trường hợp xuôi chiều

Trang 22

Nhiệt độ để tra các thông số: NHIỆT DUNG RIÊNG (C) VÀ KHỐI LƯỢNG

RIÊNG (ρ¿ của dòng nóng và dòng lạnh được lấy theo nhiệt độ trung bình của dòngnóng và dòng lạnh, tra trong bảng I.249 [trang 310, sổ tay tập 1]

 Chuyển đổi từ lưu lượng V (L/phút) sang lưu lượng G (kg/s):

 Đối với lưu lượng dòng nóng tại nhiệt độ trung bình TtbN = 46,5oC

Trang 24

stt T tbL ( o C) ρL (kg/m 3 ) GL (kg/s) CL (J/kg o C) T L

( o C)

QL (J/s)

Qf (J/s)

η L=T Lr−T Lv

T Nv−T Lr.100 %=

30−2051−30.100=47,6 %

 Hiệu suất nhiệt độ hữu ích của quá trình truyền nhiệt:

Trang 25

6.1.3 Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

 Diện tích bề mặt truyền nhiệt F đối với thiết bị truyền nhiệt ống thủy tinh

Trang 26

Chuẩn số Reynolds:

Trang 28

μ là độ nhớt của dòng lạnh, μ được nội suy theo nhiệt độ ở bảng các tính chất vật lý củanước ở 25 OC → μ = 892.2.10-6 Pa.s

0.001

116.69 = 16.67

6.2 Thí nghiệm 2: khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị truyền nhiệt thủy tinh

Trang 29

 Đối với lưu lượng dòng nóng tại nhiệt độ trung bình TtbN = 48oC

Trang 30

Qf (J/s)

Trang 32

 Diện tích bề mặt truyền nhiệt F đối với thiết bị truyền nhiệt ống thủy tinh

Trang 33

Bảng 2-13 Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

Trang 34

 Đối với lưu lượng dòng nóng tại nhiệt độ trung bình TtbN = 37oC

Trang 35

Qf (J/s)

Trang 36

6.3.2 Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ, hiệu suất của quá trình truyền nhiệt.

 Hiệu suất nhiệt độ trong quá trình truyền nhiệt của dòng nóng và dòng lạnh lầnlượt:

η N=T Nv−T Nr

T Nv−T Lr.100 %=

42−3242−23.100=52,6 %

T Nv−T Lr.100 %=

23−2142−23.100=10,5 %

 Diện tích bề mặt truyền nhiệt F đối với thiết bị truyền nhiệt inox

Trang 37

F = π.dtb.L.n =π.12.500.61.10-6 = 1,15 (m2)Nhiệt độ trung bình △tlog đối với thiết bị truyền nhiệt ngược chiều

Trang 38

Nhiệt độ để tra các thông số: NHIỆT DUNG RIÊNG (C) VÀ KHỐI LƯỢNG RIÊNG (

ρ¿ của dòng nóng và dòng lạnh được lấy theo nhiệt độ trung bình của dòng nóng vàdòng lạnh, tra trong bảng I.249 [trang 310, sổ tay tập 1]

 Đối với lưu lượng dòng nóng tại nhiệt độ trung bình TtbN = 47,5oC

Trang 40

T Nv−T Lr.100 %=

26−1953−26.100=25,9 %

Định dạng
Số trang	124
Dung lượng	872,71 KB