Thiết kế, chế tạo thiết bị khuấy trộn dung dịch bôi trơn tưới nguội caltex aquatex 3180

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN HOÀNG QUÂN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN DUNG DỊCH BÔI TRƠN TƯỚI NGUỘI CALTEX AQUATEX 3180 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Thái Nguyên, tháng 11 năm 2016 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP NGUYỄN HỒNG QN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN DUNG DỊCH BÔI TRƠN TƯỚI NGUỘI CALTEX AQUATEX 3180 LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TRƯỞNG KHOA PGS.TS NGUYỄN VĂN DỰ TS ĐỖ THỊ TÁM PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên, tháng 11 năm 2016 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan tồn luận văn thân tơi nghiên cứu tổng hợp hướng dẫn khoa học TS Đỗ Thị Tám Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Hoàng Quân LỜI CẢM ƠN Lời tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Đỗ Thị Tám người tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình làm luận văn Xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Phịng Đào tạo, Khoa Cơ khí thầy cô Bộ môn Chế tạo máy tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình thực luận văn Xin cảm ơn công ty TNHHMTV Cơ khí Hóa chất 13 giúp đỡ tơi trình chế tạo, thử nghiệm thiết bị Xin cảm ơn gia đình, người thân, đồng nghiệp bạn bè động viên giúp đỡ suốt thời gian hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Nguyễn Hoàng Quân MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Mục tiêu chung 2.2 Mục tiêu nghiên cứu cụ thể Kết dự kiến đạt Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Nghiên cứu máy khuấy dung dịch 1.1 Đặc tính q trình khuấy trộn 1.1.1 Chế độ động học khuấy – trộn 1.1.2 Chuyển động dòng chảy máy khuấy trộn 1.1.3 Thời gian khuấy trộn 1.1.4 Khối lượng riêng độ nhớt chất lỏng 1.1.5 Độ đồng 1.1.6 Nguyên cứu cánh khuấy 1.1.7 Vị trí đặt cánh khuấy 1.2 Đặc điểm dung dịch Caltex Aquatex 3180 1.3 Nguyên cứu thiết kế máy khuấy dung dịch Kết luận chương CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý thuyết trình khuấy 2.1.1 Ảnh hưởng trình khuấy trộn đến trình chuyển khối dịng hai pha 2.1.2 Ứng dụng phương trình Navie-stocks công nghệ khuấy trộn 2.1.3 Một số thông số ảnh hưởng đến trình khuấy trộn 2.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 2.2.1 Chọn thơng số thí nghiệm 2.2.2 Quy hoạch thực nghiệm phương pháp Taguchi 2.2.3 Phương pháp xác định độ đồng hỗn hợp sau trộn Kết luận chương CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN DUNG DỊCH CALTE 3.1 Giới thiệu 3.2 Lựa chọn thơng số hình học 3.3 Tính tốn thiết kế ph 3.3.1 Xác định số thơng số thiết bị 3.3.2 Tính thiết kế trục, cánh khuấy 3.4 Lựa chọn phận khác 3.4.1 Cơ cấu dẫn động, điều tốc 3.4.2 Cơ cấu đo mức dung dịch Kết luận chương CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐẾN ĐỘ ĐỒNG ĐỀU 4.1 Giới thiệu 4.2 Trình tự làm thí nghiệm 4.2.1 Các trang thiết bị, vật tư làm thí nghiệm 4.2.2 Các bước chuẩn bị làm thí nghiệm 4.2.3 Trình tự làm thí nghiệm 4.3 Kêt thí nghiệm Kết luận chương KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÊN TIẾP THEO Kết luận chung Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu 2.1 2.2 3.1 3.2 Các thông Ma trận tr mức Thông số khuấy Bảng thôn Aquatex 4.1 Các thông 4.2 Bảng thôn Kết đ 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 nồng độ Tỉ số S/N theo tiêu Tỉ số S/N theo tiêu Tỉ số S/N theo tiêu Độ lệch c Bộ thông DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.1 2.2 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 Phương 3.12 Phương 3.13 Ảnh máy 3.14 Ống thủy 4.1 Máy khuấ 4.2 Máy đo n 4.3 Cốc đong 4.4 Dung dịch 4.5 Tháo nắp 4.6 Chỉnh gó 4.7 Chỉnh kh 4.8 Biến tần đ 4.9 Bảng điều 4.10 4.11 4.12 4.13 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong công nghệ gia công cắt gọt nay, việc sử dụng dung dịch bôi trơn làm nguội yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng bề mặt, độ xác gia cơng tuổi bền dụng cụ Bên cạnh dung dịch trơn nguội thúc đẩy khả tách vận chuyển phoi khỏi vùng gia công cách dễ dàng Mẫu hiển 32 Đồ thị mô đến sai lệ Đồ thị mô đến sai lệ Đồ thị mô đến sai lệ 64 Hình 4.5 Tháo nắp hiệu chỉnh thiết bị Hình 4.6 Chỉnh góc nghiêng cánh khuấy Hình 4.7 Chỉnh khoảng cách cánh khuấy tới đáy thùng + Bước 2: Lắp hồn thiện thiết bị, chạy thử khơng tải, hiệu chỉnh tốc độ khuấy theo thí nghiệm thời gian khuấy 70s 65 Hình 4.8 Biến tần điều khiển tốc độ Hình 4.9 Bảng điều khiển thời gian khuấy + Bước 3: Mở van nước cấp 95 lít nước vào thùng (quan sát ống thủy) Sau cấp lít dung dịch Caltex Aquatex 3180 vào thùng (sử dụng cốc đong thể tích để đảm bảo độ xác) + Bước 4: Khởi động thiết bị khuấy, dung dịch khuấy vòng 70 giây sau tự động dừng lại + Bước 5: Dùng dụng cụ lấy dung dịch bình vị trí chọn + Bước 6: Sử dụng máy đo nồng độ NBR-32 đo nồng độ mẫu dung dịch, sau ghi lại kết + Bước 7: Xả hết dung dịch thùng vào bồn chứa, vệ sinh lòng thùng, tiếp tục thực thí nghiệm cịn lại theo bước 4.3 Kết thí nghiệm Các mẫu dung dịch lấy kiểm tra thiết bị đo nồng độ 66 NBR-32 Kết đo hiển thị kính ngắm với dải đo từ 0÷32% Birx, sai số ±0,2% thể dải phân cách vệt mầu trắng xanh thước đo kính ngắm Hình 4.10 Mẫu hiển thị nồng độ thiết bị đo nồng độ NBR-32 Kết thí nghiệm thể bảng 3: Bảng 4.3: Kết đo nồng độ dung dịch khoảng sai lệch nồng độ TT n (vg/p) 40 40 40 60 60 60 80 80 80 67 Đánh giá kết quả: Ảnh hưởng yếu tố đến độ đồng dung dịch Sử dụng phần mềm Minitab 16, có bảng tính toán tỷ số S/N theo mức vị trí Đánh giá xếp hạng ảnh hưởng thơng số cơng nghệ theo tiêu chí sai lệch k nhỏ tốt (bảng 4.4; bảng 4.5; bảng 4.6) Đồ thị mô tả ảnh hưởng mức thông số theo tỷ số S/N vị trí thể hình 4.13; 4.14; 4.15 Bảng 4.4 Tỉ số S/N thông số theo mức xếp hạng theo tiêu chí nhỏ tốt vị trí 01: Mức/thơng số Delta Xếp hạng Hình 4.11 Đồ thị mơ tả ảnh hưởng yếu tố theo mức đến sai lệch nồng độ k vị trí 01 68 Bảng 4.5: Tỉ số S/N thông số theo mức xếp hạng theo tiêu chí nhỏ tốt vị trí 02: Mức/thơng số Delta Xếp hạng Hình 4.12 Đồ thị mơ tả ảnh hưởng yếu tố theo mức đến sai lệch nồng độ k vị trí 02 Bảng 4.6: Tỉ số S/N thông số theo mức xếp hạng theo tiêu chí nhỏ tốt vị trí 03: Mức/thơng số Delta Xếp hạng 69 Hình 4.13 Đồ thị mơ tả ảnh hưởng yếu tố theo mức đến sai lệch nồng độ k vị trí 03 Nhìn vào bảng xếp hạng đồ thị ta thấy, tốc độ khuấy yếu tố ảnh hưởng nhiều đến độ đồng dung dịch Dung dịch khu vực cao thấp thùng khuấy (vị trí 01 03), tốc độ khuấy trộn cao độ đồng cao Còn dung dịch khu vực sát cánh khuấy (vị trí 02) độ đồng tăng tới tốc độ đạt 60v/p sau thay đổi khơng đáng kể Góc nghiêng cánh yếu tố ảnh hưởng thứ 2, vị trí góc nghiêng 45º ln đạt độ đồng cao Yếu tố khoảng cách cánh tới đáy thùng ảnh hưởng tới độ đồng Lựa chọn thông số qua thực nghiệm cho thiết bị Bảng thông số kết thí nghiệm đồ thị đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố tới độ đồng dung dịch vùng thùng khuấy cách độc lập Để chọn thông số công nghệ cho thiết bị đảm bảo độ đồng dung dịch khuấy tốt nhất, ta sử dụng đại lượng sai lệch bình phương trung bình SA để so sánh đánh giá SA Ở đây: CA = 5; N=3; SA nhỏ mức độ đồng cao Thay kết thí nghiệm vào cơng thức ta có bảng giá trị sai lệch bình phương trung bình độ lệch chuẩn: 70 Bảng 4.7 Độ lệch chuẩn hỗn hợp dung dịch TT Ta dễ dàng nhận thấy độ lệch chuẩn đạt giá trị nhỏ S A =0, nồng độ tất mẫu đo nồng độ hỗn hợp lý tưởng, độ đồng dung dịch đạt 100% Vậy ta chọn thơng số cơng nghệ thơng số làm việc thiết bị khuấy trộn 100 lít dung dịch trơn nguội nồng độ 5% Bảng 4.8 Bộ thông số lựa chọn tốt thiết bị Tố * Kiểm tra chế độ dịng chảy, cơng suất động thiết bị làm việc với thông số dung dịch chọn: - Tốc độ khuấy: n = 60v/p = v/s; - Dung dịch Caltex Aquatex 3180 nồng độ 5%: + Độ nhớt động lực: µ = 2,74 mPa.s + Khối lượng riêng: ρ = 995kg/m - Hệ số Reynolds dung dịch Re = 4,5x10 : dịng chảy rối - Cơng suất khuấy trộn: P = 0,05 kW < 0,75kW: đảm bảo 71 Kết luận chương Lựa chọn thiết bị đo độ đồng dung dịch sau khuấy, tiến hành phương pháp quy hoạch thực nghiệm để thu xử lý kết xác thực nghiệm; Tiến hành thực nghiệm đa yếu tố, xác định ảnh hưởng yếu tố x 1, x2, x3, đến YK Kết xác định thiết bị khuấy trộn cho đồng đồng dung dịch cao với bảng thông số 4.8; Máy khuấy đưa vào sử dụng Cơng ty TNHHMTV Cơ khí Hóa chất 13, thực tế cho thấy hiệu kinh tế kỹ thuật sử dụng máy khuấy sở 72 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO Kết luận chung 1.1 Nghiên cứu, thiết kế máy khuấy dung dịch lĩnh vực nghiên cứu Việt Nam phù hợp với yêu cầu thực tế Đề tài nghiên cứu máy khuấy khí để khuấy trộn dầu Caltex Aquatex 3180 với nước nhằm tạo dung dịch bôi trơn tưới nguội sử dụng nhà máy khí; 1.2 Dựa công bố quốc tế cho thấy, thiết kế máy khuấy khí dạng turbine cánh phù hợp để khuấy trộn dung dịch Caltex Aquatex 3180 sau pha với tỉ lệ 5% với nước nhằm đạt độ đồng 95% với thời gian trộn ngắn công suất thấp ( mục 1.1.1; 1.1.3; 1.1.6); 1.3 Phương pháp mơ hình đồng dạng phép phân tích thứ nguyên phương pháp nghiên cứu khoa học cho phép xác định giải thích qui luật tổng quát tượng, trình xảy thiết lập mối quan hệ nghiên cứu hệ thống Trên sở phân tích yếu tố ảnh hưởng máy khuấy trộn dung dịch (Bảng 2.1), tính hệ số đồng dạng xây dựng phương trình hệ số mơ tả đầy đủ q trình vật lý xảy trình trộn (phương trình 2.17), đồng thời đề xuất hệ số làm thông số “vào” thực nghiệm (π2,π4, π7) Đây sở để xây dựng mơ hình thí nghiệm phù hợp với mục tiêu nghiên cứu đề tài; 1.4 Đề tài sử dụng quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp Taguchi với thông số đầu vào yếu tố độ đồng dung dịch Kết toán quy hoạch thực nghiệm sử dụng để tiếp tục tính tốn, lắp đặt máy thực thực tế sản xuất; 1.5 Tính hệ số Re làm sở tính tốn cơng suất động cơ, thời gian tiến hành khuấy trộn lựa chọn tốc độ khuấy nên nhỏ 100v/p 1.6 Tính tốn thiết kế thông số máy khấy bảng 3.2, thay đổi tốc độ quay trục khuấy, góc nghiêng α, khe hở vị trí đặt cánh đáy thùng trộn làm sở chế tạo máy khuấy; 1.7 Tiến hành thực nghiệm đa yếu tố, xác định ảnh hưởng yếu tố x 1, x2, x3, đến SA Kết chọn thông số cho độ đồng dung dịch cao bảng 4.8 73 1.8 Máy khuấy đưa vào sử dụng Công ty TNHHMTV Cơ khí Hóa chất 13 , thực tế cho thấy hiệu kinh tế kỹ thuật sử dụng máy khuấy sở Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp Tiếp tục nghiên cứu biên dạng cánh khuấy nhằm giảm lực cản; Nghiên cứu mẫu máy trộn cho quy mô sản xuất lớn cho tiết kiệm lượng tiêu thu đồng thời đảm bảo độ đồng dung dịch sau khuấy trộn./ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Đăng Bình (2011), Quy hoạch thực nghiệm kỹ thuật, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam (2004), Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm (tập 2) – Cơ học vật liệu rời, NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [3] Nguyễn Thanh Nam (2008), Dòng phun rối tự phương pháp tính, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [4] Nguyễn Thanh Nam (2008), Cơ học lưu chất tính tốn, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [5] Nguyễn Thanh Hào (2007), Nghiên cứu dòng phun rối xốy hai pha khơng đồng buồng đốt cơng nghiệp, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật trường Đại học Bách khoa - Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [6] Tào Khang (2003), Cơng nghệ chế biến thức ăn chăn nuôi, NXB Thượng Hải [7] Phạm Văn Lang (1996), Đồng dạng, mơ hình phép phân tích thứ nguyên ứng kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội [8] Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998), Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội [9] Trần Quan Quý, Nguyễn Văn Vịnh, Nguyễn Bính (2001, Máy thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội [10] Lê Ngọc Thụy (2009), máy thiết bị sản xuất thực phẩm, phần 1, NXB Bách Khoa, Hà Nội [11] Lê Ngọc Thụy (2009), máy thiết bị sản xuất thực phẩm, phần 2, NXB Bách Khoa, Hà Nội [12] Nguyễn Minh Tuyền (1987), Các máy khuấy trộn công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [13] Nguyễn Hồn Thiện (2006), Nghiên cứu q trình trộn hỗn hợp bê tơng nhựa nóng buồng trộn cưỡng chu kỳ hai trục, Luận văn Thạc sĩ Đại học GTVT chuyên ngành máy xây dựng xếp dỡ, Hà Nội [14] Cokolob I A (1975), Cơ sở thiết kế máy máy móc tự động sản xuất thực phẩm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 75 Tiếng Anh [15] Bruce, W., Robert, E., Liquid- Liquid contacting in unbaffled, agitatedvessels, AIChE J 19 (2004) 304-312 [16] Bouwmans, I., Van den Akker, H E A., The influence of viscosity and density differences on mixing times in stirred vessels, Ichem ESymp Ser 121 (1990) 1-12 [17] Edward L Paul, Victor A Atiemo-Obeng Suzanne M Kresta, Handbook of industrial Mixing Science Practice, John wiley & Sons, inc, Publication, 2004 [18] Pip, N.J., Gül, N.Ö.-T., Effects of physical property differences on blending, Chem Eng Technol 28, No (2005) 908-914 [19] Shekhar, S.M., Jayanti, S., Mixing of Power Law F1uids Using Anchor's Metzner-Otto Concept Revisited, AIChE J., 49 (2003) 30-52 [20] Barnarnt (http://www.barnant.com), truy cập ngày 25/9/2016 [21] Mixtec Philadelpia (info@mixtec.com.au), truy cập ngày 25/9/2016 ... khuấy trộn dung dịch dự kiến đạt kết quả: - Hoàn thiện tài liệu thiết kế thiết bị khuấy trộn dung dịch bôi trơn Caltex - Chế tạo thành công thiết bị thiết bị khuấy trộn dung dịch bôi trơn Caltex Aquatex. .. kiện sản xuất đơn vị Và chưa có thiết bị thiết kế, chế tạo riêng với mục đích để khuấy trộn dung dịch Caltex Aquatex 3180 yêu cầu Vì việc chế tạo thiết bị khuấy trộn theo tiêu chuẩn phù hợp giúp... động kết cấu, suất, thiết lập thông số công nghệ giảm đáng kể giá thành Với lý trên, việc ? ?Thiết kế, chế tạo thiết bị khuấy trộn dung dịch bôi trơn tưới nguội Caltex Aquatex 3180? ?? Cơng ty TNHHMTV