KHUẤY CHẤT LỎNG (QUÁ TRÌNH và THIẾT bị cơ học SLIDE)

1 KHÁI NIỆM CẤU TẠO CÁNH KHUẤY, QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG LƯU CHẤT TRONG BỂ KHUẤY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GẮN CÁNH KHUẤY 2.1.Cánh khuấy mái chèo 2.2.Cánh khuấy chong chóng – chân vịt 2.3.Cánh khuấy turbin 2.4.Cánh khuấy đặc biệt 2.5.Phương pháp gắn cánh khuấy vào bình  Tùy theo vị trí hoặc yêu cầu công nghệ mà có những phương pháp sau đây: a) Trục khuấy song song trục bình b) Trục khuấy tạo một góc α với trục bình c) Trục khuấy vuông góc với trục bình d) Khi chiều cao bình gấp ba lần đường kính bình thì lắp nhiều tần cánh khuấy e) Khi bình có gắn tấm ngăn (tấm chặn – vật cản)  Hình (H13.6) mô tả các phương pháp gắn cánh khuấy khác nhau: 2.5.Phương pháp gắn cánh khuấy vào bình (tt) 2.5.Phương pháp gắn cánh khuấy vào bình (tt) So sánh hai trường hợp bình chứa có tấm ngăn và khơng (xem bảng 13.1) CÁC THƠNG SỚ ĐẶC TRƯNG  Bán kính hoạt động: R hd = a.0,15 747.N ; m 0,0021µ  Hiệu suất khuấy: η= Vr.ρ r V.ρ +Vrρ r 100;%  Các đại lượng hình học:  Lực ma sát ngoại: v2 F = ξ.A.ρ h ; N  Cường độ khuấy: ρ h n.d 2k n.d 2k Chuẩn số Reynols khuấy Re k = = µ Cơng śt kh́y: υ N = K N ρ h n d 5k ; W CÁC THƠNG SỚ ĐẶC TRƯNG (tt)  Thơng số động học Thể hiện qua vận tốc quay cánh khuấy; (v/s) Vận tốc góc ω của trục Vận tốc của dung dịch, vận tốc này có dạng  Công suất khuấy riêng ε; là công suất tính cho một đơn vị chất lỏng bình  Sự chuyển động tuần hoàn của dung dịch bình khuấy hoạt động với điều kiện (hk2 < dk) - q (m3/s): gọi tắt là lưu lượng tuần hoàn q =K q.e6,9m.n.d3k ; m3 s 5.6.2.Tính công suất theo cường độ khuấy E E = f ( ψ1 , ψ ) ; N Công suất khuấy có dạng tổng quát sau: m Khi cánh khuấy chuyển động dung dịch thì trở lực đặc trưng bởi đại lượng E= ϕ ; 0, 25 ξ k Z k R k N m2 Khi tính toán, trước hết dựa vào điều kiện cụ thể cho để tính thông số trở lực E theo (13 – 40), kế đó là dựa vào đồ thị hình (H13.9) để tìm thông số vận tốc thứ nhất ψ1, sau cùng dựa vào công thức (13- 41) để tính thông số vận tốc thứ nhì ψ2 Click vào để xem hình H13.9 5.6.2.1.Tính chuẩn số công suất (KN) theo phương pháp giải tích  Khi không có tấm ngăn: K N = 4.ξ k K1  Khi có tấm ngăn: K N = 4.ξ k Z k K p 5.6.2.2.Tính chuẩn số công suất (KN) theo đồ thị Click vào để xem đồ thị hình H13 11 Ghi chú: Chú ý tra cứu KN trước tiên ta phải xác định đồng dạng GD, giá trị hình (H13.11) (H13.12) tầng cánh khuấy Zk=1 Click vào để xem đồ thị hình H13 11 5.6.2.3.Tính chuẩn số công suất (KN) theo pt chuẩn số m K = A Re N k A, m: hằng số, số mũ tra bảng (13.8) Dạng tổng quát: Với 5.6.2.4.Tính công suất có pha khí tham gia Ng =K Ng.ρ h.n3.d5k;W Với: ρh: khối lượng riêng của dung dịch khuấy; kg/m3 n: vận tốc cánh khuấy; v/s dk: đường kính cánh khuấy; m KNg = M.KN; chuẩn số công suất có sục khí 5.6.2.5.Hiệu chỉnh công suất khuấy D ≈ Hh ≠3 Nếu các đồng dạng hình học dk dk thì phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh f vào công thức (13 – 5) nghĩa là N =K N ρ h.n3.d5k.f ;W 5.6.2.5.Hiệu chỉnh công suất khuấy (tt) Hệ số f phụ thuộc vào cấu trúc cánh khuấy sau:  Loại bản, tấm, mái chèo Khi D  = ( 2,5 ÷ 4)  dk  h 1 1   = ÷   f = D  3d dk     k  Hh = ( 0,6 ÷ 1,6 )  D  1,1   Hh       dk  0,  4h     dk   Loại mỏ neo, chữ U, khung  D f =   1,11d k 1,1   Hh       dk  0,  15.h     dk  ,3 0, 5.6.2.5.Hiệu chỉnh công suất khuấy (tt)  Loại chong chóng, turbin kín, hở  D f =   3.d k    0,93 H   h   D  0, Sau tính công suất khuấy là tính công suất động N dc N = K d ; W η Kd = (1,1 ÷ 1,4): hệ sớ dự phòng η = (0,6 ÷ 0,7): hiệu suất khuấy 5.7 Xác định số vòng quay của cánh khuấy Thường số vòng quay được xác định bằng thực nghiệm theo: 20.v th v n= ; s dk BÀI TẬP Bài Một bình khuấy, đường kính D = 2,4 m, chiều cao bình Ht= 3m, chiều cao mức chất lỏng bình Hh = 2,8m, sử dụng cánh khuấy turbin hở dk = 0,8m, số vòng quay cánh khuấy n = 124,8 v/phút, bình không gắn tấm ngăn, môi trường dung dịch khuấy có ρ = 1000 kg/m3, độ nhớt động học υ = 2.10-6 m2/s Hãy xác định hai thông số phân bố vận tốc ψ1 và ψ2? Bài giải Bài Chế tạo huyền phù bằng cách trộn CaCO3 có khối lượng riêng ρ = 2710 kg/m3 vào nước có khối lượng riêng ρ = 1000 kg/m3 và độ nhớt động lực µ = 1cP bằng thiết bị khuấy hình trụ D=0,6m, tỷ số chứa β = 0,8 Dùng loại cánh khuấy mái chèo dk = 0,2m, số vòng quay n = 132v/phút, bình khuấy không gắn tấm ngăn, biết nồng độ khối lượng pha rắn x = 4% Quá trình khuấy gián đoạn, suất G = 180 kg/mẻ Tính: • Chiều cao bình khuấy Ht • Tính hk1 biết đợ ngập 3/5 hùn phù • Tính cơng śt đợng biết Kd = 1,4 và η = 80% • Tính thời gian kh́y mợt mẻ? Bài giải •Tính khới lượng riêng huyền phù (dùng công thức [13 – 30b]) ρ h = 0,04.2710 + (1 − 0,04 ).1000 = 1068,4 kg m • Thể tích huyền phù chứa bình Vh = Gh 180 = =0,17m3 ρ h 1068 ,4 • Tính chiều cao mức chất lỏng bình Hh = 0,17.4 3,14.0,6 = 0,60m • Tính chiều cao bình: H t = H h = 0,60 = 0,75m 0,8 • Vậy đợ nhúng sâu h k1 0,8 3 = H h = 0,60 = 0,36m 5 Bài giải (tt) • Tính chế đợ thuỷ động bình Rek = ρ hnd2k μ 1068 ,4.2,2.0,22 = =9,4.104 10-3 • Đờng dạng hình học: G D ⇒ chảy rối; với n= 132 = 2,2 v s 60 D 0,6 = = =3 d k 0,2 • Từ bảng (13.8) cánh khuấy mái chèo với Rek > 5.104 ta có: A = 6,8 và m = -0,2 m ( • Tính: K N = A Re = 6,8 9,4.10 ) −0, = 0,7 • Kiểm tra số liệu hiệu chỉnh f; tỉ số hình học ⇒ không cần nhân thêm f H h 0,6 = =3 d k 0,2 Bài giải (tt) • Cơng śt khuấy: N = K N ρ h n d 5k = 0,7.1068,4.2,23.0,25 = 2,55; W • Cơng śt đợng (áp dụng công thức [13 – 57]): N dc = N 2,55 Kd = 1,4 = 4,5 W η 0,8 • Xác định thời gian kh́y (từ cơng thức [13 – 24]: C k G 2D t= n và bảng (13.2) với cánh khuấy mái chèo, không tấm ngăn Ck = 35 ⇒ 35.32 t= = 143,2s 2,2 Đáp số: Ht = 0,75 m; hk1 = 0,36m; Ndc = 4,5W; t = 143,2s BÀI TẬP Bài Thiết bị tạo huyền phù hình trụ đường kính D = 1,2m, chiều cao Ht = 1,1m, chứa đầy ¾ huyền phù Biết ρh = 1000kg/m3, µ = 1cP Dùng cánh khuấy chong chóng dk = 0,4m với số vòng quay n = 400v/phút, hệ số Kd = 1,4; hiệu suất η = 0,8, bình không tấm ngăn Tính công suất đợng cơ? Bài giải • Trước hết tính chế đợ thuỷ động Re ⇒ Chảy rối k ρ h n.d 2k = = µ 400 0,4 60 = 10 10 − 1000 • Từ bảng (13.8) với cánh khuấy chong chóng, không tấm ngăn Rek > 3000, tra được A = 1,19 và m = -0,15 Bài giải (tt) ( ) m • Tính ch̉n sớ cơng suất: K N = A Re = 1,19 10 • Tính mức chất lỏng bình: • Xác lập tỉ số hình dạng: −0,15 = 0,1485 H h = 1,1 = 0,825m H h 0,825 = = 2,06 ≠ dk 0,4 ⇒ cần phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh công suất f Từ công thức (13 – 56): • Cơng śt  D f =   3.d k    0,93 H   h   D  0,  0,825  = 1.   1,2   400  N = , 1485 1000   0,4 0,799 = 500 W khấy:  40  • Cơng śt đợng cơ: N dc = 500 1,4 = 875 W 0,8 0, = 0,799 ... nhân thêm f H h 0,6 = =3 d k 0,2 Bài giải (tt) • Cơng śt kh́y: N = K N ρ h n d 5k = 0,7.1068,4.2,23.0,25 = 2,55; W • Cơng śt đợng (áp dụng cơng thức [13 – 57]): N dc = N 2,55 Kd = 1,4 =... cơng śt f Từ cơng thức (13 – 56): • Công suất  D f =   3.d k    0,93 H   h   D  0,  0,825  = 1.   1,2   400  N = , 1485 1000   0,4 0,799 = 500 W khấy:  40  • Cơng... 2710 kg/m3 vào nước có khối lượng riêng ρ = 1000 kg/m3 và đợ nhớt đợng lực µ = 1cP bằng thiết bị khuấy hình trụ D=0,6m, tỷ số chứa β = 0,8 Dùng loại cánh khuấy mái chèo dk