Khuấy chất lỏng thực tập quá trình và thiết bị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ  PHÚC TRÌNH THỰC TẬP QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CNHH KHUẤY CHẤT LỎNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN: ThS Nguyễn Việt Bách Phạm Văn Nhiều B1706399 Nguyễn Nhựt Linh B1706 382 Nguyễn Chí Thành B1706367 Vương Thị Ngọc Tuyết B1706431 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật hóa học K43 Cần Thơ, tháng 05/2020 GVHD: ThS Nguyễn Việt Bách Khuấy chất lỏng KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Điều kiện thí nghiệm: Mực chất lỏng ban đầu: 42cm Khoảng cách từ cánh khuấy đến đáy bình A315: 14cm Khoảng cách từ cánh khuấy đến đáy bình A100: 14cm Cánh khuấy: Sử dụng loại cánh khuấy A100 (78,6 mm) A315 (127 mm) Nhiệt độ nước: 33°C Khối lượng riêng nước 33°C: 995 Kg.m-3 Độ nhớt tương đối 33°C: 76x10-4 N.s.m2 Loại cánh khuấy A315 a Kết số liệu thí nghiệm Bảng 1-1: Thơng số tính tốn cánh khuấy A315_Khơng chặn_Cùng chiều TỐC ĐỘ TỐC ĐỘ Vòng/phú t Vòng/giâ y 100 P MOMEN (N.Cm) Độ cao phễu Re 1,67 35,194 0.63 4.12 200 3,33 12 16 70,388 2.51 2.06 300 5,00 20 33 105,581 6.28 1.53 400 6,67 29 56 140,775 11.31 1.16 (W) Np Nhiệt độ nước ( 33,0 Trang GVHD: ThS Nguyễn Việt Bách Khuấy chất lỏng Bảng 1-2: Thơng số tính tốn cánh khuấy A315_Khơng chặn_Ngược chiều TỐC ĐỘ TỐC ĐỘ Vòng/phú t Vòng/giâ y 100 P MOMEN (N.Cm) Độ cao phễu Re 1,67 10 35,194 0.84 5.50 200 3,33 18 20 70,388 3.77 2.06 300 5,00 27 30 105,581 8.48 1.53 400 6,67 38 53.5 140,775 15.08 1.16 (W) Np Nhiệt độ nước ( 33,0 Bảng 1-3: Thơng số tính tốn cánh khuấy A315_Có chặn_Cùng chiều TỐC ĐỘ TỐC ĐỘ MOMEN (N.Cm) Độ cao phễu Re P Np Vòng/phú t Vòng/giâ y 100 1,67 35,194 0.84 5.50 200 3,33 16 70,388 3.35 2.75 300 5,00 29 105,581 8.80 2.14 400 6,67 44 140,775 18.01 1.85 (W) Nhiệt độ nước ( 33,0 Trang GVHD: ThS Nguyễn Việt Bách Khuấy chất lỏng Bảng 1-4: Thơng số tính tốn cánh khuấy A315_Có chặn_Ngược chiều TỐC ĐỘ TỐC ĐỘ Vòng/ph út Vòng/giâ y MOME N (N.Cm) 100 1,67 10 35,194 1.05 6.87 200 3,33 21 70,388 4.19 3.44 300 5,00 35 105,581 10.05 2.44 400 6,67 50 140,775 19.69 2.02 Độ cao phễu Re P (W) Np Nhiệt độ nước ( 33,0 BIỂU ĐỒ BIỂU THỊ CÔNG SUẤT THEO TỐC ĐỘ THEO TRƯỜNG HỢP CỦA CÁNH KHUẤY A315 25.00 Công suất P (W) 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 Không chặn_Cùng Không chặn_Ngược chiều Tốc độchiều (vòng/giây) Có chặn_Cùng chiều Có chặn_Ngược chiều Hình 1-1: Biểu đồ biểu thị cơng suất theo tốc độ cánh khuấy A315 trường hợp Trang GVHD: ThS Nguyễn Việt Bách Khuấy chất lỏng Chuẩn số công suất Np BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN MỐI LIÊN HỆ GIỮA CHUẨN SỐ CÔNG SUẤT VÀ CHUẨN SỐ Re CỦA CÁNH KHUẤY A315 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 Chuẩn số Re Khơng chặn_Cùng chiều Có chặn_Cùng chiều Khơng chặn_Ng ược chiều Có chặn_Ng ược chiều Hình 1-2: Biểu đồ biểu thị mối liên hệ chuẩn số công suất chuẩn số Reynold cánh khuấy A315 trường hợp b Nhận xét Bảng số liệu: - Sử dụng thiết bị khuấy không chặn, có tượng tạo phễu, chiều cao phễu cao tốc độ khuấy cao, chênh lệch không đáng kể hai trường hợp chiều ngược chiều - Sử dụng thiết bị khuấy có chặn khơng có tượng tạo phễu với hai trường hợp chiều ngược chiều, mực nước lại dâng lên rung lắc trục cánh khuấy Biểu đồ: - Biểu đồ thể mối liên hệ công suất với tốc độ khuấy: tốc độ khuấy tăng cơng suất tăng + Thiết bị khuấy có gắn chặn cơng suất cao so với khơng có chặn + Chiều quay cánh khuấy chiều cơng suất cao so với ngược chiều Tuy nhiên khoảng tốc độ khuấy từ 2-4 vòng/giây khơng chặn, ngược chiều cao có chặn, chiều - Biểu đồ thể mối liên hệ chuẩn số công suất khuấy với chuẩn số Reynold: chuẩn số Reynold tỉ lệ nghịch với chuẩn số công suất khuấy Trang GVHD: ThS Nguyễn Việt Bách Khuấy chất lỏng Ta nhận thấy:  Khi khuấy chiều công suất khuấy thấp khuấy ngược chiều thiết bị có chặn  Càng tăng tốc độ khuấy cơng suất khuấy tăng  Khi sử dụng chặn không thấy xuất phễu  Cơng suất thiết bị có chặn cao thiết bị thành trơn Thiết bị có lắp chặn làm tăng trở lực dòng lưu chất, từ làm tăng ma sát thành phần lưu chất tăng công suất khuấy Đồng thời làm giảm khả tạo phễu, tăng hiệu suất trình khuấy trộn  Trường hợp khuấy với thiết bị thành trơn có xuất xốy phễu Sự tạo phễu ảnh hưởng khơng tốt đến q trình khuấy Vì bề mặt chất lỏng xuất nhiều chổ xốy chuyển động lưu chất đơi bị hạn chế mát lượng nhiều tạo bọt khuấy làm giảm đồng khối chất lỏng  Chuẩn số Re cao Chuẩn số công suất khuấy thấp khuấy ngược chiều chuẩn số công suất khuấy cao chiều Loại cánh khuấy A100 a Kết số liệu thí nghiệm Bảng 2-5: Bảng xử lý số liệu khuấy chiều, không chặn N (v/ph) N (v/s) M (N.cm) Chiều cao dâng lên Re P (W) Np 100 1.67 13,480 0.42 30.28 200 3.33 26,961 1.68 15.14 300 5.00 12 40,441 3.77 10.09 400 6.67 18 53,922 6.70 7.57 Nhiệt độ nước ( 33.0 X Trang GVHD: ThS Nguyễn Việt Bách Khuấy chất lỏng Bảng 2-6:Bảng xử lý số liệu khuấy ngược chiều, không chặn N (v/ph) N (v/s) M (N.cm) Chiều cao dâng lên Re P (W) Np 100 1.67 13,480 0.63 45.42 200 3.33 14 26,961 2.51 22.71 300 5.00 20 40,441 5.03 13.46 400 6.67 24 53,922 8.80 9.94 Nhiệt độ nước ( 33.0 Bảng 2-7: Bảng xử lý số liệu khuấy chiều, có chặn N (v/ph) N (v/s) M (N.cm) Chiều cao dâng lên Re P (W) Np 100 1.67 13,480 0.42 30.28 200 3.33 26,961 1.68 15.14 300 5.00 14 40,441 3.77 10.09 400 6.67 18 53,922 7.54 8.52 Nhiệt độ nước ( 33.0 Bảng 2-8: Bảng xử lý số liệu khuấy ngược chiều, có chặn Trang GVHD: ThS Nguyễn Việt Bách Khuấy chất lỏng N (v/ph) N (v/s) M (N.cm) Chiều cao dâng lên Re P (W) Np 100 1.67 13,480 0.84 60.56 200 3.33 14 26,961 2.51 22.71 300 5.00 20 40,441 5.65 15.14 400 6.67 24 53,922 9.63 10.88 Nhiệt độ nước ( 33.0 BIỂU ĐỒ BIỂU THỊ CÔNG SUẤT THEO TỐC ĐỘ THEO TRƯỜNG HỢP CỦA CÁNH KHUẤY A100 12.00 Công suất P (W) 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 Tốc độ (vòng/giây) Khơng chặn_Cùng chiều Có chặn_Cùng chiều Khơng chặn_Ngược chiều Có chặn_Ngược chiều Hình 2-3: Biểu đồ biểu thị công suất theo tốc độ cánh khuấy A100 trường hợp Trang GVHD: ThS Nguyễn Việt Bách Khuấy chất lỏng BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN MỐI LIÊN HỆ GIỮA CHUẨN SỐ CÔNG SUẤT VÀ CHUẨN SỐ Re CỦA CÁNH KHUẤY A100 70.00 Chuẩn số công suất Np 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 40,000 45,000 50,000 55,000 60,000 Chuẩn số Re Khơng chặn_Cùng chiều Có chặn_Cùng chiều Khơng chặn_Ngược chiều Có chặn_Ngược chiều Hình 2-4: Biểu đồ biểu thị mối liên hệ chuẩn số công suất chuẩn số Reynold cánh khuấy A100 trường hợp b Nhận xét: - Khi khơng có chặn tạo phễu chiều cao nước dâng lên không nhiều phễu xuất sớm so với cánh khuấy A315 đường kính cánh khuấy nhỏ xoay nhanh, dễ tạo phễu - Khi tốc độ cánh khuấy tăng công suất tăng không giống với A315 công suất khơng chặn ngược chiều lại cao có chặn chiều Tại tốc độ khuấy từ 1.7-5 vòng/giây, cơng suất có chặn chiều với khơng chặn chiều - Chuẩn số công suất Np tỷ lệ nghịch với chuẩn số Re Trong khoảng Re từ 2700054000, chiều quay cánh khuấy chuẩn số cơng suất có chặn khơng chặn Nghĩa Re tăng chuẩn số công suất giảm, công suất tăng khoảng Re xác định (27000-54000) cơng suất thiết bị thành trơn thiết bị có chặn => Nhìn chung, cánh khuấy A100 nên sử dụng thiết bị có chặn, chiều khuấy ngược chiều kim đồng hồ, tốc độ khuấy 6,67 vòng/giây cho cơng suất khuấy tốt đạt hiệu tối ưu Trang GVHD: ThS Nguyễn Việt Bách Khuấy chất lỏng Bàn luận Mục đích thí nghiệm: Khảo sát giản đồ chuẩn số cơng suất khuấy với nhiều hệ thống có hình dạng khác Bảng 3-9: So sánh thiết bị có chặn thiết bị thành trơn Thiết bị khuấy chia làm phận chính: động cơ, truyền động khuấy Theo tốc độ chia làm loại: cánh khuấy tốc độ chậm cánh khuấy tốc độ nhanh Người ta phân biệt cánh khuấy tốc độ nhanh cánh khuấy tốc độ chậm ứng với loại lưu chất ta cần sử dụng cánh khuấy với tốc độ nhanh/chậm khác Tốc độ cánh khuấy nhanh hay chậm đa phần phụ thuộc vào mơi trường lưu chất có độ nhớt lớn hay nhỏ ứng với độ nhớt ta khuấy với tốc độ phù hợp thu kết tốt mà tiêu tốn Sự phân chia mang tính tương đối số loại cánh khuấy khuấy với tốc độ nhanh tốc độ chậm tùy thuộc vào môi trường lưu chất mà cánh khuấy làm việc mà ta chỉnh mức tốc độ khác (Ví dụ cánh khuấy máy chèo cánh khuấy vít xoắn) Bên cạnh ta phân loại theo hướng xả gồm: hướng trục hướng song song với hướng xả dòng chất lỏng, hướng kính hướng vng với hướng xả dòng chất lỏng Đối với thiết bị thành trơn khuấy xuất xoáy phễu vận tốc cánh khuấy cao vận tốc giới hạn hỗn hợp lỏng Hiện tượng làm giảm hiệu sử dụng thiết bị, tăng công suất động cánh khuấy quay nhanh dẫn đến tiêu tốn lượng nhiều Để khắc phục tượng ta cần gắn thêm chặn, đặt lệch tâm cánh khuấy so với tâm bình khuấy, gắn thêm cánh khuấy đồng trục cho cánh khuấy có chiều quay ngược nhau, máy khuấy có chức tự động đảo chiều theo thời gian cài đặt Trang GVHD: ThS Nguyễn Việt Bách Khuấy chất lỏng Khả tiêu thụ điện bị ảnh hưởng nhiều yếu tố: tính chất chất lỏng, chiều cao cánh khuấy so với đáy bình, chiều quay cánh khuấy, loại cánh khuấy, thiết bị thành trơn hay thiết bị có chặn, tốc độ cánh khuấy Đối với cánh khuấy A100: Vì cánh khuấy nhỏ nên tương tác cánh khuấy lưu chất nhỏ, trường hợp có chặn ảnh hưởng dòng lưu chất đến chặn nhỏ lực ly tâm dòng lưu chất chưa đủ lớn nên ngăn cản chặn khơng đáng kể Vì lượng tiêu hao trường hợp sử dụng cánh khuấy A100 nhỏ Đối với cánh khuấy A315: Vì lực ly tâm cánh khuấy tạo lớn nên làm tăng tương tác cánh khuấy đến dòng lưu chất, trường hợp có lắp chặn lực tương tác dòng lưu chất đến chặn lớn nên lượng tiêu hao trường hợp lớn Xoay ngược chiều làm tăng mực chất lỏng cao so với xoay chiều, công suất khuấy xoay ngược chiều lại cao so với chiều, nhiên xoay ngược chiều tiêu tốn lượng nhiều Thiết bị có chặn tiêu tốn lượng nhiều thời gian chất lỏng đồng hóa lại nhanh từ giảm lượng điện tiêu thụ so với thiết bị thành trơn có khả tạo phễu làm tăng thời gian đồng hóa dẫn đến điện tiêu thụ nhiều Nếu chất lỏng có bọt khí làm thay đổi tính chất chất lỏng, thay đổi hướng dòng chảy, tăng trở lực chất lỏng bọt khí gây làm tăng cơng suất, tiêu tốn lượng Trong thực tế nhà máy dùng cánh khuấy để khuấy hỗn hợp Ở số nhà máy người ta thường dùng cách sục khí sục chất lỏng vào bình chứa để thay cho việc sử dụng cách khuấy Trang 10 ... chất chất lỏng, chiều cao cánh khuấy so với đáy bình, chiều quay cánh khuấy, loại cánh khuấy, thiết bị thành trơn hay thiết bị có chặn, tốc độ cánh khuấy Đối với cánh khuấy A100: Vì cánh khuấy. .. tốt đến trình khuấy Vì bề mặt chất lỏng xuất nhiều chổ xoáy chuyển động lưu chất bị hạn chế mát lượng nhiều tạo bọt khuấy làm giảm đồng khối chất lỏng  Chuẩn số Re cao Chuẩn số công suất khuấy. .. khuấy ngược chiều thiết bị có chặn  Càng tăng tốc độ khuấy cơng suất khuấy tăng  Khi sử dụng chặn không thấy xuất phễu  Công suất thiết bị có chặn cao thiết bị thành trơn Thiết bị có lắp chặn