Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm tập 1 các quá trình và thiết bị cơ học, thủy lực và khí nén nguyễn tấn dũng pdf

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRưỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHƠ Hồ CHÍ MIN NGUYỄN TÁN DŨNG G IÁ O t r ìn h q u t r ìn h Và t h iế t b ị CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẢM TẬ Pl CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ C HỌC, THỦY L ự c VÀ KHÍ n Ển V■‫ل‬ B ộ CilAO (^ VÀ DÀO TẠO ‫ز‬ ‫ا‬ ‫ا‬ TRƯÒ^G ĐẠI HỌC Sư PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỚ HỒ CHÍ MINH ‫؛ﻳﻨﺚﺗﻠﺖ دو؛ ذآ ﺗﺰ؛‬ií ‫؛‬i‫؛ ﺗﺄ؛؛ل؛؛‬،‫ ؛؛؛;؛؛؛‬:‫ ؛؛‬ị ٠‫؛‬f:‫؛|؛‬H‫؛؛‬f‫؛؛‬l‫؛‬ NGIIYEN TẤN DtlNG QUẤ TRÌNH VÀ THIET bị cOng nghệ hOa học thực ph Am Ẹ Tậpl C Á C Q U Á T É H V Ả T H IẾ T B ỊC Ơ H Ọ C , THỦY LỰCVÀKHÍ NEN ĩ ‫؟‬ư[ĩỊĩ6,F‫؛‬ | i ٠ ẠỉífỌCí،HAĨftA j H iỵv ỵ|i7 0 ‫ ي‬989 NHÀ x u At b ả n b i h ọ c q u Oc g ia THÀNH PHĨ H ị CHÍ MINH LỜI Νόΐ ĐẢU Cuốn sách Quă tilnh Thiế، bị tr(:)ns Cơng nghệ hóa học Thực phârn, Tập I, Ccìc Qiicì triiili \’(1 ĩhiêt bị học, thủy lục, nén (Kỹ thuật thực phấm 1) đu'ợc b‫؛‬ên soạn khơng ngồi mục dích !à giáo trinh giảns dạy cho sinh viên, học viên Trường Bại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM có thề trường dại học thuộc khốỉ kỹ th‫اا‬ật khác lĩnh vụ'c Công nghệ hóa học, Cơng nghệ thực phẩm, c،'١ng nghệ mơi trường sổ ns٤١nh kỹ tliuật khác có líên quan Nơồi ra, sách mang lại nhiều lợi ích cho dọc giả, sinh viên, học viên cdc trường đại học tham khảo, tỉm hiểu nghiên cứu Quá trinh co học, thUy lực, nén, trinh dồng phân riêng hệ khi, hệ lỏng không dồng Bồng thờỉ Lrng dụng chUng vào thực tiễn sản xuất Tác giả xin chân thành cám on PGS.TS Nguyễn ٧ ăn Sức (khoa CNtlH&TP), PGS.TS Thái Bá cần, PGS.TS Bỗ ٧ ăn BQng (BGH Trường BHSPKT TP HCM) dã khuyến kliích, ủng hộ cho dời cuOn sdch Vỉ khối lưọng kiến thUc nội dung sách lớn nên tiình biên soạn khOns trdnh khOi sai sót Tác giả mong hạn dọc giả góp ý dể sách nhy ngày hoàn thiện dê trườc tái lân liêp theo Mọi liên hệ với tác gi٤١ xin gửi dịa email: tandzung072@ vahoo.com xin chần thầnh cám on >■' Tác gíả NGƯYỄN TẤN BŨNG MỤC LUC LỜI NÓI ĐÀU MỤC LỤC Trang Chưong 1: Cơ sỡ iý thuyết trình thủy Iụ٠c 15 1.1 QUÁ TRÌNH THỦY TĨNH HỌC 1.1.1 Một số khái niệm 15 1.1.1.1 Môi chất 15 1.1.1.2 Khối lưọng riêng 16 1.1.1.3 Trọng lượng riêng 17 1.1.1.4 Áp suất 17 1.1.2 Phường trình thủy tĩnh học 18 1.1.2.1 Áp suất thủy tĩnh học 18 1.1.2.2 Phương trình thủy tĩnh học Euler 18 1.1.3 Một số ứng dụng thủy tĩnh học kỹ thuật 22 1.1.3.1 Định luật Pascal 22 1.1.3.2 ứng dụng việc chế tạo máy ép thủy lực 22 1.1.3.3 Điều kiện bình thơng 23 1.1.3.4 Dụng cụ đo áp suất pezomet 26 1.1.3.5 Áp kế chữ u 27 1.1.3.6 Áp kế vi phân 1.1.4 Các câu hỏi ôn tập 1.2 QUÁ TRÌNH THỦY ĐỘNG HỌC 27 29 1.2.1 Một số khái niệm 1.2.1.1 Lưu lượng 29 1.2.1.2 Vận tốc 30 1.2.1.3 Chế độ dòng chảy ổn định không ổn định 31 1.2.1.4 Độ nhớt 31 1.2.1.5 Đường kính tương đương 33 1.2.2 Các chế độ dòng chảy 34 1.2.2.1 Chế độ chảy tầng 34 1.2.2.2 Chế độ chảy rối 34 15 29 29 1.2.2.3 Dòng chảy độ 35 1.2.2.4 Đại lượng xác định chế độ chảy 35 1.2.3 Sự phân bố tốc độ tiết diện ngang dùng chúy 36 1.2.3.1 Chế độ chảy tầng 36 1.2.3.2 Chế độ chảy rối \ 39 1.2.4 Các phưomg trình thủy động học 40 1.2.4.1 Phương trình dịng chảy liên tục 40 1.2.4.2 Hệ phương trình thủy động học Euler 41 1.2.4.3 Hệ phương trình Navier - Stockes dịng thủy dộng học 42 1.2.4.4 Phương trình Becnully thủy động học 44 1.2.4.5 Một số ứng dụng phương trình thủy động học 51 1.2.4.6 Phạm vi áp dụng phương trình Becnully 56 1.2.5 Các câu hỏi ôn tập 58 1.3 BÀI TÀP ÁP DỤNG 59 ChưoTig 2: Quá trình vận chuyển chất lỏng (Máy bo'm chất lỏng) 2.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM C BẢN 61 61 2.2 BƠM LY TÂM 2.2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc bơm ly tâm 62 63 2.2.2 Sự chuyển động chất lỏng bơm phương trình bơm ly tâm 63 2.2.2.1 Sự chuyển động chất lỏng bơm Các giả thiết ban đầu 63 2.2.2.2 Phương trình bơm ly tâm 65 2.2.2.3 Hiệu suất thủy lực bơm 66 2.2.2.4 Các dạng cánh guồng bơm ly tâm ٠ 67 2.2.3 Tính tốn hiệu suất cơng suất bơm 68 2.2.3.1 Hiệu suất thể tích bơm 68 2.2.3.2 Hiệu suất trục bơm 68 2.2.3.3 Công suất hữu ích bơm 68 2.2.3.4 Cơng suất trục bơm 68 2.2.3.5 Công suất động điện bơm 68 2.2.4 Chiều cao hút bơm tượng xâm thực 68 2.2.4.1 Hiện tượng xâm thực 68 2.2.4.2 Chiều cao hút bơm 69 2.2.5 Xây dựng đường đặc tuyến bơm H = f(Q) 70 2.2.6 Xây dựng đường đặc tuyến mạng ống điểm làm việc bơm 73 2.2.7 Điều chỉnh bơm ly tâm 74 2.2.7.1 Phương pháp thay đổi số vòng quay trục bơm 74 1.2.1.1 Phương pháp cách điều chỉnh van chặn đẩy 75 2.2.8 Bơm ghép nối tiếp song song 76 2.2.8.1 Bơm ghép nối tiếp 76 2.2.8.2 Bơm ghép song song 77 2.3 BƠM THỂ TÍCH 77 2.3.1 Bơm piston 77 2.3.1.1 Phân loại 77 2.3.1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động bơm piston tác dụng đơn 78 2.3.1.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động bơm piston tác dụng kép 79 2.3.1.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động bơm vi sai 81 2.3.1.5 Cấu tạo nguyên lý hoạt động bơm màng 82 2.3.1.6 'Cẩu tạo Và' nguyến íý 'hóạt động cua 6ơm nlíúng.clíì rn ' ٠ ' 8.3 2.3.1.7 Công suất hiệu suất bơm 84 2.3.1.8 Đồ thị cuns cấp chất lỏng bơmpiston 85 2.3.1.9 So sánh bơm ly tâm 86 bơm piston ٠١ 2.4 MỘT SỐ LOẠI BƠM THÊ TÍCH KHÁC 86 2.4.1 Bơm bánh 86 2.4.2 Bơm Rơto 87 2.5 BƠM KHƠNG CĨ CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG 88 2.5.1 Bơm thùng nén 88 2.5.2 Bơm sụt khí 88 2.5.3 Bơm xi phông 89 2.5.4 Bơm Ejecter 89 2.6 ĐỊNH LUẬT TỈ LỆ 90 2.7 T ự ĐỘNG HÓA VÀ VẬN HÀNH MÁY BƠM 92 2.7.1 Tự động hóa máy bơm 92 2.7.2 Vận hành máy bơm 94 2.8 MỘT SỐ LOẠI BƠM THUỜNG DÙNG TRONG SẢN XUÁT 95 2.9 BÀI TẬP ÁP DỤNG 95 2.10 CÁC CÂU HỎI LÝ THUYẾT 103 Chương : Quá trình vận chuyển chất khí (Máy nén khí, quạt, máy hút chân không) 107 3.1 MỘT số KHÁI NIỆM Cơ BẢN 107 3.1.1 Quá trình nén đẳng nhiệt 108 3.1.2 Quá trình nén đoạn nhiệt 108 3.1.3 Quá trình nén đa biến 107 3.1.4 Hệ số suất hút máy nén 111 3.1.5 Công suất động lắp đặt cho máy nén 112 3.2 MÁY NÉN KHÍ 113 113 3.2.1 Định nghĩa 3.2.3.1 Máy nén piston 113 114 114، 3.2.3.2 Máy nén trục vít 138 3.2.3.3 Máy nén rơto 3.2.3.4 Máy nén cánh xoắn 141 3.2.4 Máy nén ly tâm 144 3.2.5 Máy nén khơng có chi tiết truyền động 3.2.6 Một số phương pháp điều chỉnh suất hút máy ^٠٠ nen 145 146 3.2.7 Tự động hóa vận hành máy nén 3.3 QUẠT GIÓ 148 3.2.2 Phân loại 3.2.3 Máy nén thể tích 143 150 3.3.1 Một sổ khái niệm 150 3.3.2 Cấu tạo quạt gió ly tâm 151 3.3.3 Nguyên lý làm việc 151 3.3.4 Xây dựng đường đặc tuyến quạt 151 3.3.5 Xây dựng đường đặc tuyến mạng điểm làm việc quạt 155 3.3.5.1 Đường đặc tuyến mạng ống quạt 155 3.3.5.2 Điểm làm việc quạt 155 3.3.6 Hiệu suất công suất quạt 156 3.3.6.1 Hiệu suất lưu lượng quạt 156 3.3.6.2 Hiệu suất thủy lực quạt 156 3.3.6.3 Hiệu suất trục quạt 156 3.3.6.4 Cơng suất hữu ích quạt 156 3.3.6.5 Công suất trục quạt 156 3.3.6.6 Công suất động điện quạt 157 3.3.7 Tự động hóa động quạt 157 157 3.3.7.1 Sơ đồ điều khiển động KĐB khởi động A - A 3.3.7.2 Sơ đồ điều khiển động KĐB pha rotor lồng sóc, mớ máy trực tiếp 159 3.3.7.3 Sơ đồ điều khiển động KĐB rotor lồng sóc hai cấp tốc độ 3.3.7.4 Sơ đồ điều khiển động KĐB rotor lồng sóc dùng biến tần 159 3.4 161 162 MÁY HÚT CHÂN KHÔNG 3.5 BÀI TẬP ÁP DUNG VÀ CÂU HỎI ƠN TẬP 164 ChưoTíg : Khuấy trộn chất lỏng 189 4.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM Cơ BẢN 4.1.1 Định nghĩa 4.1.2 Mục địch khuấy trộn 189 4.1.3 Phân loại khuấy trộn 190 192 4.2 KHUẤY TRỘN HỆ CHÁT LỎNG BẰNG 4.2.1 Khuấy trộn cánh khuấy mái chèo 189 189 KHÍ 192 4.2.1.! Cấu tạo cánh khuấy sơ dồ thiết bị khuấy 192 4.2.1.2 Nguyên ly làm việc 193 4.2.1.3 u nhược điểm 193 4.2.2 Khuấy trộn cánh khuấy chân vịt 194 4.2.2.1.Cấutạo 194 ' 4.2.2.2 Nguyên lý làm việc 194 4.2.2.3 u nhược điểm 195 4.2.2.4 Bố trí cánh khuấy thiết bị khuấy 195 4.2.3 Khuấy trộn cánh khuấy ly tâm 196 4.2.3.1 Cấutạo 196 4.2.3.2 Nguyên lý làm việc 197 4.2.3.3 u nhược điểm 197 4.2.3.4 Bố trí cánh khuấy thiết bị khuấy 1.97 4.2.4 Thiết bl khuấy tĩnh 198 4.2.5 Cơ chế thUy dộng lực thiết bị khuấy 199 4.3 K Ì Ắ Y TRỘN BẰNG KHÍ NÉN 199 4.‫ ؛‬ XÁC BỊNH Cì ẨN S ố BỘNG CG CÁNH K i A Y su ất 200 4.4.1 Phương pháp phân tích thứ ngun xây dựng mơ hlnh vật ly xác định công suất cánh khuấy 4.4.2 Phương pháp thực nghiệm xác định hệ số 201 4.5 207 công SUẤT١ c n g MỘT SƠ MƠ HỈNH XÁC BỊNH CHUẨN SƯẨT CÔNG XÁCBỊNHTHỜIGIANKHUẨY 4.6.1 Thiết bị thành trơn 209 209 4.6.2 Thiết bỊ có chắn, ống hướng dịng ống tuần hồn 212 4.6.3 Hàm phân bố thời gian khuấy 4.7 BÀI TẬP AP BỤNG 212 213 4.8 CÂU HỎI ÔN TẬP 220 BÀITAP 220 Chương 5: Phân riêng hệ khí khơng đồng 223 224 5.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG số 202 5.1.1 Các phương pháp phan riêng hệ khí khơng đồng 224 5.1.2 Ngun tấc chung 224 5.2 PHÂN RIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG 224 5.2.1 Lắng bàng lực trọng trường 224 5.2.1.1 Sơ đồ thiết bị 224 5.2.1.2 Nguyên lý làm việc 5.2.2 Lắng lực quán tính 225 225 5.2.2.1 Sơ đồ thiết bị 225 5.2.2.2 Nguyên lý làm việc 226 5.2.3 Lẩng bàng lực ly tâm 226 5.2.3.1.Sơđồthiếtbị 226 5.2.3.2 Nguyên lý làm việc 227 5.2.4 Lắng lực điện trường 228 5.2.4.1 Sơ đồ thiết bị 228 5.2.4.2 Nguyên lý hoạt động 228 5.3 PHÂN RIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM ƯỚT BỀ MẶT 231 5.3.1 Sơ đồ thiết bị 231 5.3.2 Nguyên lý hoạt động 231 5.4 PH.\N RIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC 232 5.4.1 Sơ đồ thiết bị 232 5.4.2 Nguyên lý hoạt động 232 5.5 PH.\N RIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 5.5.1 Một số khái niệm cư 234 234 5.5.2 Thiết bị hấp phụ 235 5.6 PH,\N RIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ 236 5.6.1 Một số khái niệm 236 5.6.2 Thiết bị hấp thụ 237 5.7 TÍNH TỐN LẲNG BẰNG L ự c TRỌNG TRƯỜNG 237 5.7.1 Xác định vận tốc lắng 237 5.7.2 Kích thước phòng lắng 239 5.7.3 Cân bàng vật chất trình lắng 240 5.7.4 Hiệu suất trình lắng 240 11 tốc độ tăng dần thi mặt parabol lõm (n2 , v/s) ١ tốc độ rôto dạt cực dại (ns, v/s) thi tạo thành mặt song song với thành thiết bị ١ xem h ìn h - Khi làm việc tốc độ rOto phải dạt tới giá trl cực dại, bỏ qua cột áp thUy tĩnh thi ấp suất lớn tấc dụng lên thành thiết bị dược xác định (6.58) ‫) ةﺀﻟﺖﺀ ( ﻳ ﻪ = س ﺀ‬ (m) bán kinh rOto bán kinh thoáng chất lOng rOto ٧ ớì : R, Ro Ph (kg/m3) khối lưọng riêng huyền phù h (m) chiều cao ban dầu chất lỏng H (m) chiều cao thiết bị p = h ^ hệ số chứa dầy ٠ Ro = R f Ẹ , m (6.59) - Dối với máy ly tâm nằm ngang thi bề mặt thoáng rốto vOng trOn tâm Oi, cách Ơ khoảng lệch tâm e, dược xác định theo công thức sau: e = ,m (6.60) 0)2 - Trọng tâm khối huyền phù đặt cách O tâm rôto khoảng X , xác định: x= ^ -P ١ R p 0) ',m (6.61) - Yếu tố phân ly: + Lực ly tâm: Fit = m ) R ‫؛‬b + Lực trọng trường; Với: ٠ R b= ,N Ptr = m.g, N R + R0 -،r 284 (6.63) (6.64) (ị)_F|t_m a)2.Rtb_a)2.R tb m.g (6.62) g (6.65) Với: (Ị) gọi yếu tố phân Iv - Năng suất thiết bị lắng: V3 -7T.RVh 9.7t.p.J l.ụ Với: ^r١4 ١١ ( 66 ) R V J độ nghiêng thủy lực dòng chảy p (kg/m^) khối lượng riêng pha liên tục |I (N.s/m^) độ nhớt tuyệt đối pha liên tục - Tốc độ lắng cực đại: w max Với: d l ( p ٢ -p ).(o lR (6.67) 18.|.t d (m) đường kính hạt rắn (huyền phù) Pr (kg/m^) khối lượng riêng pha phân tán - Thòã gian láng: T= 18.p d l ( p ٢ -p ).w ٦ In R ١ ١s 68) ( - Be mặt lắng rôto; F = TI.D.H, m (6.69) 6.5 PHÂN RIÊNG BANG PHƯƠNG PHÁP LY TÂM LỌC - Sơ đồ nguyên lý cùa thiết bị ly tàm lọc (hay lọc trường lực ly tâm), xem h ìn h Lọc trường lực ly tâm tạo cách cho thùng ly tâm hình trụ mà thành màng lọc quay xung quanh đường tâm mình, tương tự trình ly tâm lắng - - Nguyên lý làm việc Khi rôto quay nhờ động điện đạt tới tốc độ cực đại, tác dụng lực ly tâm sinh áp suất tác dụng lên thành hay màng lọc làm cho dịch huyền phù ép lên màng lọc, lớp bã lọc tạo thành mặt song song với thành thùng ly tâm để thực trình lọc, nước lọc sau qua màng lọc chứa thùng thiết bị cố định bên thùng ly tâm thao Z85 R - ? ‫؛‬ I ‫ﺀ‬ ٠ ‫ا‬ ‫ا؛‬٠n‫ﺗﺢ‬i # : ‫ﻟﺘ ﺔ‬ ٠۶ ٠ ٠ " H Thàĩứi thiết bị ly ìâ m quay theo trục động I I I I ililiỊ ‫ي‬.: ‫ ؛‬П2, / ٠٠.٠" ·r / : пз Màng lọc gắn cố định vói l i g ly tâm immmm ‫ غ‬٠‫غ‬ ^^ảnh thiết bị cố ‫ﺳﺄ ه‬ T N íơ clọc Khớp nốiẬ Bộ điều chinh tốc độ ‫ج‬ Hinh 6.10 Sơ đồ nguyên lý mày ly tâm lọc - Lực ly tâm cực đại tạo thành tạỉ thành rOto bán kinh R (dưmg kinh D = 2.R), dược xác dinh: (6.70) Diện tích bề mặt màng lọc: (6.71) Áp suất lọc ly tâm: A P _ F ١t _ G h “ R _ G h “ ‫ا‬ S 2.π.R.H 2.π.Η Với: (6.72) Gh (kg) khối lượng huyền phù phủ rOto G ، = p ، V h = p ، i ( R - R ‫) ؛‬.H (٥ 73) Từ (6.68) vỉết lạl: A P L :٠ h i ^ ! : P h A i Ề s Với: ΔΡ = Μ s ΐ = AP.ộ (6.74) ấp suất thủy tỉnh ١ (Pa) (6.75) s Φ‫ت‬ω ■R : ‫ ؤإ‬yếu ‫ ؤء‬phân Ịy g 288 g (6.76) 6 TÍNH TỐN CÁC Q TRÌNH PHÂN RIÊNG 6.6.1 Tính tốn thiết bị lắng gián đoạn Bài tốn; tính tốn thiết bị lắng gián đoạn với suất vào Gh = 80 tấn/h, khối lượng riêng hạt rắn Pr = 2710 kg/m^, khối lượng riêng pha liên tục p = 1000 kg/m^ độ nhớt dịch huyền phù p = 1,14.10 -2٦ Pa.s, nồng độ dịch huyền phù 8%, đường kính hạt rắn d = 8p,m = 8.10 m - Khối lưcmg riêng dich huyền phù: =>‫! = ﻟ ﺌ ﺒ ﺖ‬ ‫ب‬1‫ ﺗ ﺴ ﻞ‬0,95.10 ‫تﺀ‬ Ph Pr p 2710 1000 Ph= 1053 kg/m5 - Lưu lượng huyền phù vào thiết bị: = ٧ h: — = волоз = , щЗ/s ‫ﺀ‬ Ph 3600.1053 - Chuẩn số Reynolds: Rc_P-Wo-d_WQ.d p V Chọn sơ tốc độ lắng w = 0,6.10‫ق‬m/s R t J â p í : l Ễ Ể 1,14.10-2 Ể =i2 l]0 - k a Như vậy, chế độ lắng chảy tầng Do dó vận tốc lắng dược xác dinh lại sau: g.d2.(p٢- p ) 1000- 2710)2'- 9,81.82.10 ‫)ﺀ‬ Wo = I8.p \-2 18.10-' - -3 = 0,598.10-’ m/s Chấp nhận dược so vớí tốc độ chọn sơ - Díện tích bề mặt lắng dược xác dỊnh: F = l = 35,235= w 0,596.10 -3 ‫ه’ ه‬2 ‫ل‬m2 287 - Chọn chiều dài bể lắng L = m chiều rộng bể lắng xác định: ٠_ F 35,235 _ ٠٥ B=- , = — — = -‫ ؛‬m L - Vận tốc hạt rắn chuyển động theo phưcmg nằm ngang: V‫ = ؛‬F.H < F L ^ d ^ F.L ١ ١ ^ ٥ V ٧ Như vây; V