MẠCH LƯU CHẤT TT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH CTU

Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt MỤC LỤC Trang Nhóm Trang Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt DANH MỤC HÌNH Nhóm Trang Thực tập Q trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt DANH MỤC BẢNG Nhóm Trang Thực tập Q trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt MẠCH LƯU CHẤT Mục đích Khảo sát tượng tổn thất dọc đường dòng chảy đoạn đường ống trịn khơng có chi tiết nối ống Khảo sát tượng tổn thất cục chi tiết nối ống mở rộng, co hẹp, đoạn ống cong, qua loại van, … Cơ sở lý thuyết Phương trình lượng áp dụng cho dòng chảy ổn định từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 2-2 viết sau: Trong z1, z2, p1, p2, V1, V2 cao độ, áp suất vận tốc trung bình mặt cắt 1-1 2-2; γ: trọng lượng riêng chất lỏng; g: gia tốc trọng trường; h f12 tổn thất lượng dòng chảy từ mặt cắt 1-1 tới mặt cắt 2-2; α α2 hệ số hiệu chỉnh động mặt cắt 1-1 2-2 Tổn thất dọc đường Trong đó: L: chiều dài từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 2-2 D: đường kính ống V: vận tốc trung bình ống Q: lưu lượng dòng chảy A: tiết diện ống λ: hệ số ma sát hay hệ số tổn thất dọc đường Đối với dòng chảy tầng ống: Đối với dòng chảy rối ống: ε: độ nhám tuyệt đối D: đường kính ống Re: chuẩn số Reynolds Tổn thất cục Nhóm Trang Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt Trong ξ hệ số tổn thất cục có giá trị khác cho loại nối ống khác xác định thực nghiệm Kết thí nghiệm: Bảng 3-1: Các thông số đĩa chắn D0 inch 0.478 D1 m 0.01214 inch 1.912 D0/D1 m 0.04856 inch 0.25 m 0.25 Bảng 3-2: Kết thí nghiệm tổn thất dọc đường Ống thép không gỉ (D=26.64mm) Lần đo Nhiệt độ Ống thép không gỉ (D=12.52mm) Nhiệt Độ chênh cột áp Độ chênh cột áp độ P1AP3AĐĩa chắn Đĩa chắn P1B P3B 5210.8 87.6 31 459.4 423.4 4594.4 80.2 31 455.8 420 31 31 31 3639.6 64.2 31 455.6 418.6 31 2641.8 50 31 451.2 417.4 31 1750 37.4 31 447.8 416.8 Ống nhựa (D=12.52mm) Nhiệt Độ chênh cột độ áp Đĩa P3A’chắn P3B’ 31 432.4 960.8 31 432.2 979.2 1043 31 467.6 1033 31 468.2 31 476.2 1054 Bảng 3-3: Kết thí nghiệm tổn thất cục Độ chênh cột áp (mmH2O) Lần đo Nhiệt độ Độ chênh lệch cột áp đĩa chắn (mmH2O) P4A-P4B P5A-P5B 30 30 30 30 30 5255.6 4050.4 3227 2891 1841.5 33.6 45 36.2 25 24.4 57 48.4 37.4 31.8 25.8 Nhóm Trang Thực tập Q trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt Bảng 3-4: Sự phụ thuộc CD vào chuẩn số Reynolds Hệ số hiệu chỉnh CD 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 10 0.6 0.61 0.62 0.63 0.64 Chuẩn số Reo 105 106 0.595 0.594 0.603 0.598 0.608 0.603 0.61 0.608 0.614 0.609 107 0.594 0.598 0.603 0.608 0.609 Bảng 3-5: Sự phụ thuộc khối lượng riêng độ nhớt vào nhiệt độ Nhiệt độ o C 30 31 Khối lượng riêng (kg/m3) 995.68 995.37 Độ nhớt (N.s/m2) 0.801 0.7865 Tra sổ tay q trình & thiết bị Cơng nghệ hóa học tập 1, trang 12, 92 Tính tốn 1Tổn thất dọc đường 4.1.1 Tổn thất dọc đường ống 1(thép khơng gỉ) Ta tính tốn cụ thể ứng với mức lưu lượng cho lần đo thứ Vận tốc dịng chảy qua đĩa chắn theo cơng thức sau: Tính giá trị Re0 theo V0 sơ bộ: Nội suy từ bảng ta có giá trị: CD = 0.59687 Tính vận tốc dịng chảy theo hệ số hiệu chỉnh CD: Ta tính lại Re0 theo V0: Nội suy từ bảng ta có hệ số hiệu chỉnh CD = 0.5974 Tính vận tốc dịng chảy theo hệ số hiệu chỉnh CD: Ta tính lại Re0 theo V0: Nhóm Trang Thực tập Q trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt  V0 = 6.065 (m/s) Bảng 4-6: Kết lần lặp V0( 10.15 6.06 6.065 Re 156457.41 93412.01 CD 0.59687 0.5974 Tính lưu lượng Q qua đĩa chắn: Tính vận tốc dịng lưu chất qua ống: Tính lại Re theo V D Độ nhám tuyệt đối ống thép khơng gỉ là: =4.6x10-2 (mm) ε 4.6 × 10 −2 = = 1.727 × 10 −3 d 26.64 Tính tổn thất dọc đường hd: Tổn thất dọc đường thực tế: 4.1.2 Tổn thất dọc đường ống 3(thép không gỉ) Giả sử vận tốc dịng chảy chưa có hệ số hiệu chỉnh CD tính theo cơng thức: + Chuẩn số Re tính theo V0 sơ bộ: = 4.647 + Từ chuẩn số Re thiết bị, ta CD = 0.603 D0 D1 nội suy bảng 2-2 trang 15 giáo trình thực tập trình + Từ giá trị CD = 0.603, tính lại V0 theo cơng thức: Nhóm Trang Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt = 1.81 ⇒ Suy ra: Tiếp tục thực vòng lặp ta bảng sau: Bảng 4-7: Kết lần lặp V0( Re 4.647 1.81 1.813 CD 0.603 0.6014 + Từ bảng lặp, ta có chuẩn số vận tốc dịng nước đĩa chặn lần ống P3A-P3B là: Re = 27897.5 V0 = 1.813 (m/s) Dống= 0.01252 (m) + Ta có lưu lượng nước lần đo ống P3A-P3B: = 2.1(m3/s) + Do lưu lượng Q nên ta tính vận tốc ống theo cơng thức: =1.705 (m/s) + Tính lại giá trị Re theo V: = 2.71 Ống có độ nhám ε = 4.6 x 10-2 mm, đường kính Dống1 = 12.52 mm, suy ra: Với Re =4505.175 ⇒ Tra giản đồ Moody, ta tra λ= 0.029 + Tổn thất dọc đường đo thực tế (m): =0.461 (m) +Tổn thất dọc đường tính theo cơng thức Darcy: == 0.397 (m) 4.1.3 Tổn thất dọc đường ống 3(nhựa) Ta tính tốn cụ thể ứng với mức lưu lượng cho lần đo thứ Giả sử vận tốc dịng chảy chưa có hệ số hiệu chỉnh CD tính theo cơng thức: Nhóm Trang Thực tập Q trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt 1mmH2O= + Chuẩn số Re tính theo V0: + Từ chuẩn số Re nội suy bảng 2-2 trang 15 giáo trình thực tập trình thiết bị, ta CD = 0.60036 + Từ giá trị CD = 0.60036, tính lại V0 theo công thức: ⇒ Suy ra: Tiếp tục thực vòng lặp ta bảng sau: Bảng 4-8: Kết lần lặp V0 2.9247 1.7559 1.7591 Re 44944.124 26983.071 27032.246 CD 0.60036 0.60146 + Từ bảng lặp, ta có chuẩn số vận tốc dịng nước đĩa chặn lần ống 3(nhựa) là: Re = 27032.246 V0 = 1.7591 (m/s) Đặt đường kính ống 3(nhựa) D3(m), vận tốc dòng chảy V3(m/s) D3= 0.01252m + Ta có lưu lượng nước lần ống 3(nhựa): = 0.0002 (m3/s) + Do lưu lượng Q nên ta tính vận tốc ống 3(nhựa) theo công thức: = 1.6245 (m/s) + Từ giá trị Re, ta thấy dịng nước chảy rối Ống có độ nhám ε = 0mm, đường kính D3 = 12.52 mm, suy ra: Nhóm Trang Thực tập Q trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt ⇒ Tra giản đồ Moody, ta tra λ= 0.024 + Tổn thất dọc đường đo thực tế (m): = 0.965 (m) +Tổn thất dọc đường tính theo cơng thức Darcy: == (m) Ta có kết ống sau: Bảng 4-9: Kết tính toán ống ứng với mức lưu lượng Ống Lần đo CD Q (m3/s) V0 (m/s) Ống thép P1AP1B 5 0.5974 0.5978 0.5983 0.5991 0.5998 0.6014 0.6014 0.6014 0.6014 0.6014 0.6015 0.6015 0.6014 0.6014 0.6014 7.02 6.6 5.87 5.01 4.09 2.1 2.0910-4 2.0910-4 2.0810-4 2.0710-4 210-4 210-4 210-4 210-4 210-4 6.065 5.7 5.08 4.33 3.53 1.705 1.698 1.698 1.69 1.68 1.7591 1.7587 1.8291 1.8303 1.8458 Ống thép P3AP3B Ống nhựa P3A’P3B’ hd (m) (Theo Bec-nu-li) 0.0879 0.0805 0.065 0.05 0.038 0.461 0.458 0.458 0.453 0.45 0.965 0.983 1.048 1.038 1.059 hd (m) (Theo Dary) 0.0815 0.0715 0.059 0.045 0.031 0.418 0.415 0.415 0.411 0.407 0.315 0.315 0.347 0.347 0.347 Đồ thị 4-1 Giản đồ phụ thuộc tổn thất dọc đường vào lưu lượng Ống thép không gỉ (D=26.64mm) Đồ thị 4-2 Giản đồ phụ thuộc tổn thất dọc đường vào lưu lượng Ống thép khơng gỉ (D=12.52mm) Nhóm Trang Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt Nhân xét: dựa vào biểu đồ ta thấy, lưu lượng lớn tổn thất nhiều, tổn thất thực tế cao tổn thất lý thuyết Đồ thị 4-3 Giản đồ phụ thuộc tổn thất dọc đường vào lưu lượng Ống nhựa (D=12.52mm) Từ giản đồ ta thấy phụ thuộc tổn thất dọc đường vào lưu lượng nhỏ(đường đồ thị gần nằm ngang), tổn thất thực tế giá trị h d đầu có biến động lưu lượng thiết bị hoạt động chưa ổn định nên xảy sai số Ta thấy sai khác tổn thất thực tế lý thuyết lớn, cho thấy nhiều nguyên nhân dẫn đến tổn thất dọc đường 4.2 Tổn thất cục Bảng: Kết đo tổn thất cục Lần đo Nhiệt độ C Độ chênh lệch đĩa chắn P4A – P4B P5A – P5B (mm H2O) (mm H2O) (mm H2O) 30 5255.6 33.6 57 30 4050.4 45 48.4 30 3227 36.2 37.4 30 2522 25 31.8 31 1842.2 24.4 25.8 Bảng: Kết độ chênh lệch đĩa chắn (theo đơn vị Pa) Lần đo Nhiệt độ Nhóm C 30 30 30 30 Độ chênh lệch đĩa chắn (Pa) 51557.436 39734.424 31656.870 24740.820 Trang Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất 31 CBHD: Thiều Quang Quốc Việt 18071.982 - Xác định hệ số trở lực cục cho lần đo thứ nhất: + Tính V0: Ta có đường kính đĩa chắn D0 = 0.478 inch =0.01214 m Đường kính D1 = 1.912 inch.= 0.04856 m Giả sử vận tốc dịng chảy chưa có hệ số hiệu chỉnh tính theo cơng thức: Tính Re theo V0 = 10.1965 m/s Suy giá trị CD = 0.5969 Tính lại V0 theo CD = 0.5969 Tính lại Re với V0 = 6.0861 m/s: Suy giá trị CD = 0.5907 Tính lại V0 theo CD: Tính lại Re với V0 = 6.098 m/s: Suy giá trị CD = 0.5975 Tính lại V0 theo CD = 0.5975 Nhóm Trang Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt Vậy V0 = 6.0924 m/s Lưu lượng ống: Vận tốc ống: Ta có cơng thức tính tổn thất cục bộ: Ở lưu lượng co 90o (P5A-P5B), ta đo tổn thất cục 57 mmH2O, nên hệ số tổn thất cục có giá trị: Tương tự, với tổn thất cục đo lưu lượng vị trí co 180 o (P4AP4B) 90o (P5A-P5B), ta hệ số tổn thất cục trình bày bảng sau: Bảng: kết tính toán hệ số trở lực cục cho lần đo Lần đo CD V0 Re (m/s) (m3/s) (m/s) (m) (m) 6.0924 91972.333 0.00070 1.3242 0.6378 0.3760 0.5982 5.3544 80831.703 0.00061 1.1638 0.7012 0.6519 4.7835 72213.249 0.00055 1.0397 0.6788 0.6571 4.2324 63893.950 0.00049 0.9199 0.7373 0.5796 3.6208 55808.034 0.00041 0.7870 0.8173 0.7730 0.5992 V 0.5975 0.5987 Q 0.5997 Tính trở lực trung bình : + Ta có cơng thức tính tổn thất cục bộ: ⇒ Từ cơng thức ta lập phương trình y=ax2 Nhóm Trang Thực tập Q trình thiết bị Bài Mạch lưu chất a= (với y =hcb x=V => ξ 2g CBHD: Thiều Quang Quốc Việt ) + Dựa vào bảng ta tính tốn được: Bảng 4-10: Kết tổn thất cục hai vị trí P4A-P4B P5A-P5B Lần đo Vị trí P4A-P4B Vị trí P5A-P5B y= x=V y= x=V 0.0336 1.3242 0.0570 1.3242 0.0450 1.1638 0.0484 1.1638 0.0362 1.0397 0.0374 1.0397 0.0250 0.9199 0.0318 0.9199 0.0244 0.7870 0.0258 0.7870 Do phương trình cần vẽ y=ax2 nên ta cần phải lấy thêm điểm đối xứng với điểm tìm Tính tốn ta được: Bảng 4-11: Tọa độ điểm đồ thị parabol Điểm 10 11 Vị trí P4 y 0.0336 0.045 0.0362 0.025 0.0244 Vị trí P5 x 0.0244 0.0250 0.0362 1.3242 1.1638 1.0397 0.9199 0.787 -0.7870 -0.9199 -1.0397 0.0450 0.0336 y 0.057 0.0484 0.0374 0.0318 0.0258 x 0.0258 0.0318 0.0374 1.3242 1.1638 1.0397 0.9199 0.787 -0.7870 -0.9199 -1.0397 -1.1638 0.0484 -1.1638 -1.3242 0.0570 -1.3242 Từ số liệu bảng ta vẽ đồ thị sau: Nhóm Trang Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt Hình 4-1: Đồ thị biểu diễn tổn thất cục theo vận tốc vị trí P4A-P4B P5A-P5B + Tại P4A-P4B Phương trình hồi quy y = 0.0272x2 ⇒ Vậy ta có phương trình y = 0.0272x2 a= Với ξ 2g = 0.0272 ⇒ (m) + Tại vị trí P5A-P5B: Phương trình hồi quy y = 0.0347x2 ⇒ Vậy ta có phương trình y = 0.0347x2 a= Với ξ 2g = 0.0347 ⇒ (m) Sự phụ thuộc tổn thất cục theo lưu lượng: Đồ thị 4-4: Biểu đồ biễu diễn phụ thuộc tổn thất cục theo lưu lượng Từ biểu đồ ta thấy rằng: - Khi lưu lượng dịng chất lưu lớn trở lực cục co lớn Điểm cuối đường biểu diễn co 180 bị rơi xuống sai số q trình tiến hành thí nghiệm Trở lực cục co 900 cao so với co 1800 - Nhận xét bàn luận: 1Nhận xét 5.1 Bàn luận TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Xoa Nguyễn Trọng Khn, “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1”, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, năm 2006 Nhóm Trang Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt [2] Phan Văn Thơm, “Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng”, NXB Đại học Cần Thơ, năm 2004 [3] Vũ Bá Minh Võ Văn Bang, 1999 Quá trình & Thiết bị CNHH & TP – tập 3: Truyền khối NXB ĐHQG TP.HCM [4] Nguyễn Thuần Nhi, “Sổ tay nhiệt động kĩ thuật truyền nhiệt”, NXB ĐH Cần Thơ, năm 2015 Nhóm Trang ...Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt DANH MỤC HÌNH Nhóm Trang Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt... hóa chất tập 1”, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, năm 2006 Nhóm Trang Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất CBHD: Thiều Quang Quốc Việt [2] Phan Văn Thơm, “Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất. .. Re thiết bị, ta CD = 0.603 D0 D1 nội suy bảng 2-2 trang 15 giáo trình thực tập trình + Từ giá trị CD = 0.603, tính lại V0 theo cơng thức: Nhóm Trang Thực tập Quá trình thiết bị Bài Mạch lưu chất