BÁO CÁO THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH KHUẤY

BÁO CÁO THỰC HÀNH KỸ THUẬT PHẢN ỨNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Dương Huỳnh Thanh Linh THỰC HIỆN: NHÓM 2 Ma Thị Oanh Nguyễn Thị Thảo Đoàn Duy Tuấn Phạm Thị Xuân Quỳnh Lương Hoàng Văn Lộc Nguyễn Duy Khánh 1 BÁO CÁO THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH KHUẤY 1. MỤC ĐÍCH - Làm quen với sơ đồ nguyên lý quá trình khuấy và nguyên tắc hoạt động của thiết bị khuấy. - Khảo sát đặc tuyến công suất theo độ nhớt của dung dịch và đường kính, số vòng quay của cánh khuấy. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Khái niệm cơ bản Khuấy là quá trình làm giảm sự không đồng nhất trong chất lỏng; đó là sự chênh lệch về nồng độ, độ nhớt, nhiệt độ, … ở những vị trí khác nhau trong lòng chất lỏng. Quá trình khuấy hệ lỏng rất thường gặp trong công nghiệp (nhất là công nghiệp hóa chất và những ngành công nghiệp tương tự: công nghiệp thực phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng, công nghiệp hóa dược, công nghiệp nhẹ, …) và trong đời sống hằng ngày. Quá trình khuấy cơ học được sử dụng nhằm mục đích: 1. Tạo ra các hệ đồng nhất từ các thể tích lỏng và lỏng, khí, rắn có tính chất thành phần khác nhau: dung dịch, nhũ tương, huyền phù, hệ bọt, … 2. Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt. 3. Tăng cường quá trình trao đổi chất bao gồm quá trình chuyển khối và quá trình hóa học. Ba loại quá trình điển hình này thực hiện với các hệ đồng thể và dị thể khác nhau như hệ lỏng – lỏng, hệ lỏng – rắn, hệ lỏng – khí trong các loại hình thiết bị rất đa dạng như: thiết bị phản ứng (thiết bi sulfur hóa, nitro hóa, …), thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị tạo nhũ tương và tạo huyền phù. Trong các hệ thống khuấy, một trong những vấn đề được đặt ra là tiên đoán công suất tiêu tốn cho một hệ thống nhất định. 2.2. Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá quá trình khuấy

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM  NHÂN TÀI CHO PHÁT TRIỂN BÁO CÁO THỰC HÀNH KỸ THUẬT PHẢN ỨNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Dương Huỳnh Thanh Linh THỰC HIỆN: NHÓM Ma Thị Oanh Nguyễn Thị Thảo Đoàn Duy Tuấn Phạm Thị Xuân Quỳnh Lương Hoàng Văn Lộc Nguyễn Duy Khánh Bà Rịa, ngày 20 tháng năm 2019 BÁO CÁO THỰC HÀNH Q TRÌNH KHUẤY MỤC ĐÍCH - Làm quen với sơ đồ nguyên lý trình khuấy nguyên tắc hoạt động thiết bị khuấy - Khảo sát đặc tuyến công suất theo độ nhớt dung dịch đường kính, số vịng quay cánh khuấy CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm Khuấy q trình làm giảm khơng đồng chất lỏng; chênh lệch nồng độ, độ nhớt, nhiệt độ, … vị trí khác lịng chất lỏng Q trình khuấy hệ lỏng thường gặp công nghiệp (nhất công nghiệp hóa chất ngành cơng nghiệp tương tự: công nghiệp thực phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng, cơng nghiệp hóa dược, cơng nghiệp nhẹ, …) đời sống ngày Quá trình khuấy học sử dụng nhằm mục đích: Tạo hệ đồng từ thể tích lỏng lỏng, khí, rắn có tính chất thành phần khác nhau: dung dịch, nhũ tương, huyền phù, hệ bọt, … Tăng cường trình trao đổi nhiệt Tăng cường trình trao đổi chất bao gồm trình chuyển khối q trình hóa học Ba loại trình điển hình thực với hệ đồng thể dị thể khác hệ lỏng – lỏng, hệ lỏng – rắn, hệ lỏng – khí loại hình thiết bị đa dạng như: thiết bị phản ứng (thiết bi sulfur hóa, nitro hóa, …), thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị tạo nhũ tương tạo huyền phù Trong hệ thống khuấy, vấn đề đặt tiên đốn cơng suất tiêu tốn cho hệ thống định 2.2 Các tiêu để đánh giá trình khuấy 2.2.1 Mức độ khuấy Mức độ khuấy phân bố tương hỗ hai nhiều chất sau khuấy hệ Mức độ khuấy trộn loại tiêu để đánh giá hiệu sử dụng để đánh giá cường độ khuấy 2.2.2 Cường độ khuấy Các đại lượng thường dùng để biểu thị cường độ khuấy:  Số vòng quay n cánh khuấy  Vận tốc vòng v đầu cánh khuấy  Chuẩn số Reynolds (Re) đặc trưng cho trình khuấy Re = n.d υ Trong đó: d – đường kính cánh khuấy, υ – độ nhớt động học môi trường khuấy trộn)  Công suất khuấy trộn riêng Pv, cơng suất chi phí để khuấy trộn đơn Pv = P P Pm = V.ρ ; đó: P – V đơn vị khối lượng vị thể tích cơng suất khuấy trộn, kW; V – lưu lượng khuấy trộn m 3/s; ρ – khối lượng riêng môi trường khuấy trộn, kg/m3 Bốn tiêu tiêu vạn mà ứng dụng tiêu tủy trường hợp cụ thể Nhưng tiêu thể đắn cho cường độ khuấy trộn mức độ khuấy trộn đơn vị thời gian Người ta nghiên cứu để tìm cách xác định hàm biểu diễn nó, tới kết chưa nhiều 2.2.3 Hiệu khuấy trộn Hiệu khuấy trộn xác định lượng lượng tiêu hao để đạt hiệu ứng công nghệ cần thiết Như thiết bị khuấy trộn làm việc có hiệu lơn đạt yêu cầu cơng nghệ đề với hao phí lượng Hiệu khuấy trộn tiêu để đánh giá làm việc tính hoàn thiện thiết bị khuấy trộn, đồng thời tiêu chủ yếu dùng chọn trạng thái làm việc tối ưu kích thước tối ưu thiết bị khuấy trộn Tuy nhiên để tính tốn hiệu khuấy trộn, cần phải biết phương trình xác định cơng suất chi phí cho khuấy trộn, cho cấp nhiệt cho chuyển khối loại thiết bị khuấy trộn Vấn đề giải chủ yếu thông qua việc thiết lập mơ hình vật lý mơ hình tốn học mơ tả quan hệ đặc trưng cho trình nêu 2.3 Cơ cấu khuấy 2.3.1 Cách lựa chọn cấu khuấy Cho tới chưa có tiêu chuẩn vạn để lựa chọn cấu khuấy tương ứng cho trình biết Cho nên lựa chọn cấu khuấy cần phải lưu ý tới kinh nghiệm thu lượm hệ thống công nghiệp thiết bị thí nghiệm Cách lựa chọn rõ ràng tối ưu thường không loại trừ yếu tố chủ quan tập quán dẫn đến làm phức tạp công nghệ hành Các tham số vật lý chất lỏng mà trước hết độ nhớt đóng vai trị quan trọng lựa chọn cấu khuấy Nói chung thường dùng cấu khuấy vận tốc cao để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt thấp ngược lại Đồ thị hình 2.1a giới thiệu vùng sử dụng kiểu cấu khuấy chất lỏng có độ nhớt khác nhau: I II III IV V VI VII Mỏ neo Chân vịt Turbin cánh phẳng Bản Khung Vít tải Băng Từ thấy cấu khuấy chân vịt turbin có vùng sử dụng rộng rãi chúng thích hợp để khuấy trộn chất lỏng có khoảng độ nhớt rộng Các cấu khuấy cịn lại có phạm vi sử dụng hẹp Từ đồ thị dễ dàng xác định để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt cao tốt dùng cấu khuấy vít tải băng Hình 2.1 Đồ thị hình 2.1b dùng để lựa chọn cấu khuấy theo độ nhớt theo thể tích khuấy Các đường cong tương ứng giới hạn phạm vi sử dụng loại cấu khuấy tương ứng Việc lựa chọn cấu khuấy phải vào mục đích cơng nghệ, nghĩa cần ý đến trình thực thiết bị khuấy tính chất cơng nghệ môi trường khuấy Ở bảng 2.1 giới thiệu sơ phạm vi sử dụng công nghệ loại cấu khuấy Bảng 2.1 Cơ khuấy Bản Tấm Thể cấu khuấy V (m3) ≤50 ≤50 Vận tốc vịng thích hợp đầu Phạm vi sử dụng cánh tích Độ nhớt chất lỏng μ (Pa.s) v (m/s) 0,001 - 0,5 3–2 0,5 - – 1,2 0,001 0,05 - 2,6 – 0,5 Khuấy chất lỏng tan lẫn có độ nhớt trung bình; nhũ tương hóa sơ bộ; huyền phù hóa với nồng độ tới 90%; khuấy đảo cặn bẩn; hòa tan chậm vật liệu tinh thể, vơ định hình, dạng sợi; san nhiệt độ chất lỏng; khuấy để kết tinh Hòa tan chất lỏng có độ nhớt nhỏ; hịa tan tinh thể, huyền phù hóa, tăng cường q trình trao đổi nhiệt 2.3.2 Cơ cấu khuấy (mái chèo) Cơ cấu khuấy cấu khuấy chậm có hai cánh bốn cánh Tỷ số chiều dài cánh với đường kính thùng lớn cấu khuấy turbin (Hình 2.2a) Đường kính cánh khuấy d = (0,5÷0,8)D chiều cao cánh khuấy b = (0,1÷0,4)d Khoảng cách từ cấu khuấy tới đáy thùng h = (0,1-0,3)d, chiều cao lỏng thùng H = (0,7-1,3)D Nếu khuấy trộn thiết bị cao trục lắp vài cấu khuấy Vận tốc vòng đầu cánh cấu khuấy khoảng 1,5-4 m/s Cơ cấu khuấy loại thiết bị khuấy trộn cổ cơng nghiệp hóa học Song chúng sử dụng tới ngày trường hợp không cần thiết luân chuyển chất lỏng hướng trục – kính mãnh liệt thiết bị Cơ cấu kiểu tạo luân chuyển lỏng vòng quanh chu vi, luân chuyển trục – kính khơng đáng kể Ưu điểm chủ yếu cấu khuấy đơn giản, dễ chế tạo nên giá thành thấp Nhược điểm cường độ khuấy trộn kém, hiệu khuấy trộn thấp dùng để khuấy chất lỏng dễ phân lớp Cơ cấu khuấy cánh nghiêng (Hình 2.2b) dùng cho chất lỏng khó khuấy trộn để tạo huyền phù hay nhũ tương Góc nghiêng so với phương trục quay thường 45o Có thể gắn lên trục hai ba cặp cấu (Hình 2.2c) dạng chữ thập, tạo nên khuấy trộn tốt tồn thể tích chất lỏng Cơ cấu khuấy có chiều cao b= (0,8-1,2)d cấu khuấy Đường kính thường lấy 0,5D Vận tốc đầu cánh khuấy không vượt 2,5 m/s Cơ cấu khuấy sử dụng trình hịa tan trao đổi nhiệt Đơi cánh có đục lỗ để tăng độ chảy rối chất lỏng (Hình 2.2d) Trong trường hợp khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt cao, thân thiết bị có lắp chắn hướng kính (Hình 2.2đ) để ngăn cản tạo xoáy, làm tăng chảy rối thực khuấy trộn tồn thể tích Cần ý việc sử dụng cấu khuấy với cánh khuấy dài khơng hợp lý, đường kính cánh khuấy làm tăng vọt công suất yêu cầu Cho nên thùng đường kính lớn người ta đặt hai nhiều cấu khuấy có đường kính nhỏ Hình 2.2 2.4 Phân tích thứ ngun Cơng suất khuấy P phụ thuộc vào:  Vận tốc cánh khuấy N, v/s  Đặc tính chất lỏng: độ nhớt , khối lượng riêng   Độ cao chất lỏng bình chứa H, m  Đường kính cánh khuấy d, m  Đường kính bình khuấy D cấu trúc bình khuấy (loại cánh khuấy, hình dáng bình chứa, số chặn, …) Như ta có quan hệ: P  f (N, d,  ,  , D, H , Z, kíchthước hìnhhọckhác ) (1) D d Z H W Hình 2.3: Một hệ thống khuấy đồng dạng hình học Phân tích thứ ngun cho thấy: 2  P *  d N N d d Z H    f , , , , ,    g D D D N d5    (2) Trong đó: NP  Re  P N d5  : chuẩn số cơng suất, có ý nghĩa thừa số ma sát d2 N  : chuẩn số Reynold cánh khuấy, tỉ số giữa lực ly tâm lực ma sát Nó đặc trưng cho chế độ chảy lưu chất bình khuấy Fr  N 2d g : chuẩn số Froude, tỉ số lực ly tâm lực trọng trường, đặc trưng cho hình thành xốy phễu d Z H , , D D D , …: thừa số hình dạng hệ thống Giữa hệ thống thỏa mãn điều kiện đồng dạng hình học, thừa số hình dạng Ta bỏ qua ảnh hưởng chúng Vì thế: N P  f * (Re,Fr ) (3) 2.5 Giản đồ công suất Công thức để xác định công suất khuấy trộn: P  N P N d5  Trong NP phụ thuộc vào hai chuẩn số Re Fr Việc xác định chuẩn số công suất NP giải tích cịn khó khăn Vì thế, người ta dùng thực nghiệm để xây dựng quan hệ ba chuẩn số nói Thơng thường, người ta tìm cách cố định hai thông số (giả sử Re) giá trị Re đó, làm thí nghiệm với giá trị Fr1, Fr2, … để NP tương ứng Sau thay đổi Re đến Re2, Re3, … lặp lại quy trình Dễ thấy ta có mặt phẳng hệ tọa độ Re-Fr-NP để mơ tả phương trình (3) N P Fr Fr Fr Fr4 Re1 Re Re Re Hình 2.4: Re – Fr - NP Từ giản đồ ba chiều người ta chuyển hai chiều để sử dụng Tuy nhiên, người ta nhận thấy đa số hệ thống thực, Fr yếu tố ảnh hưởng định lên NP Do ta vẽ đồ thị thể quan hệ N P Re bỏ qua Fr Đồ thị mơ tả quan hệ gọi giản đồ chuẩn số cơng suất khuấy Sinh viên tìm hiểu số giản đồ xây dựng tài liệu tham khảo Hai giản đồ trích lại từ tài liệu [1] 10 NP 0,1 0,2 0,5 1,0 10 10 50 100 200 500 Re 1000 2000 5000 10 2x10 4 5x10 10 5 2x10  = 1,09 mNs/m2 0,088 0,191 0,332 0,538 0,762 1,03 1,37 1,72 2,10 Fr 5x10 100 rpm 150 rpm 200 rpm 250 rpm 300 rpm 350 rpm 400 rpm 450 rpm 500 rpm Vậ n tố c 10 Hình 2.5: Giản đồ chuẩn số công suất khuấy cho2 cánh 2khuấy chân vịt  = 189 mNs/m  = loại 28,2 mNs/m 20 Cá nh khuấ y châ n vịt đườ ng kính 0,3m Đườ ng kính thù ng 1,37m Mực lỏ ng 1,37m Cá nh khuấ y cá ch ñaù y 0,3m 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 68 75 78 80 83 85 88 91 94 97 100 103 107 109 110 113 117 117 68 74 77 80 83 85 87 91 94 96 100 102 105 108 110 112 115 117 0.166667 0.25 0.333333 0.416667 0.5 0.583333 0.666667 0.75 0.833333 0.916667 1.083333 1.166667 1.25 1.333333 1.416667 1.5 1.583333 -1 -1 0 -1 0 -1 -1 -2 -1 -1 -2 50.62834 75.94251 101.2567 126.5709 151.885 177.1992 202.5134 227.8275 253.1417 278.4559 303.7701 329.0842 354.3984 379.7126 405.0267 430.3409 455.6551 480.9692 91218.74 29412.58 12911.48 6868.235 4123.723 2659.439 1823.536 1339.612 1008.772 774.031 621.0426 498.2362 410.6486 343.4117 288.2026 244.645 211.6145 183.0586 Bảng Bảng giá trị cho trường hợp cánh khuấy khơng có lề, d = 18 cm Giản đồ chuẩn số công suất khuấy 100000 90000 80000 70000 Np 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 100 200 300 400 500 600 Re Hình Giản đồ chuẩn số cơng suất cho cánh khuấy khơng có lề có d = 18 cm 21 Giả sử có xây dựng bồn chứa nhớt tích 50m3 Bồn đồng dạng hình học với bình thí nghiệm khuấy nhớt (tùy chọn loại cánh khuấy, có chắn hay thành trơn) Chọn giá trị vận tốc bất kỳ, tiên đốn cơng suất để khuấy bồn nhớt ứng với vận tốc Sau vẽ đồ thị biểu diễn cơng suất theo vận tốc khuấy Ta có H = 200 mm Giả sử ta chọn cấu cánh khuấy cánh khuấy lớn cánh Và D đường kính cánh khuấy Thê tích bồn thí nghiệm: π × h ×d 12 π ×0.2 × 0.362 V 1= = =0.02 m 4 Vậy với bồn chứa 50 m3, ta có: π × H × D 12 V 2= =50 m V 50 = =2500 V 0.02 h H 0.2 = = d D1 0.36 d D 0.27 = = d D 0.36 Suy ra: D1 = 4.135 m, H = 2.297 m, D = 3.1 m Từ đồ thị ta tìm phương trình y = 4E+09x-2.699 => Np => P 22 N (rpm) N (1/s) 30 40 50 60 80 90 ρ (Kg/m^3 ) 0.50 0.67 0.83 1.00 1.33 1.50 852.15 852.15 852.15 852.15 852.15 852.15 μ (Pa.s) D (m) 0.09089 0.09089 0.09089 0.09089 0.09089 0.09089 Re 4.135 4.135 4.135 4.135 4.135 4.135 NP 80153.22 106871 133588.7 160306.4 213741.9 240459.7 P (W) 0.000232 0.000107 0.000059 0.000036 0.000016 0.000012 29.94 32.64 34.91 36.88 40.22 41.67 Bảng Bảng giá trị dự đốn cơng suất khuấy đồ thị dự đốn công suất khuấy cho bồn 50 m3 45.00 40.00 35.00 P (W) 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 N (1/s) Hình Đồ thị dự đốn cơng suất khuấy cho bồn 50 m3 5.2.2 Xây dựng giản đồ công suất khuấy theo tốc độ quay cho trường hợp thí nghiệm: ΔP=f(N), N đo đơn vị 1/s, từ xác định giản đồ chuẩn số cơng suất khuấy NP 23 ΔP=P−Po (W) 20 15 ΔP 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 1.4 1.6 1.8 -5 N (1/s) Trường hợp cánh có lề 2.5 1.5 ΔP 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 -0.5 -1 -1.5 N (1/s) Trường hợp cánh lề 24 12 10 ΔP 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 1.6 1.8 -2 N (1/s) Trường hợp cánh lớn có lề (d = 27 cm) ΔP 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 -1 -2 -3 N (1/s) Trường hợp cánh lớn khơng có lề (d = 27 cm) 25 1.5 ΔP 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 1.6 1.8 -0.5 -1 -1.5 N (1/s) Trường hợp cánh nhỏ có lề (d = 18 cm) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 -0.5 ΔP -1 -1.5 -2 -2.5 N (1/s) Trường hợp cánh nhỏ khơng có lề (d = 18 cm) 5.3 Bàn luận 1) Nhận xét ảnh hưởng chặn đến cơng suất khuấy Tấm chắn có tác dụng làm tăng cường độ khuấy bể tạo trở lực cho dịng chảy, ta thấy cơng suất khuấy trường hợp có chắn 26 lớn cơng suất khuấy trường hợp khơng có chắn vận tốc 2) Nhận xét tiêu thụ lượng loại cánh khuấy Với vận tốc khuấy, lực ma sát tác dụng lên cánh khuấy phụ thuộc vào tiết diện vng góc với vận tốc dài cánh khuấy Tiết diện lớn, lực cản chất lỏng lên cánh khuấy lớn nên lượng tiêu hao để thắng lực cản lớn Lực cản biểu diễn phương trình Newton: P = µ.A.(dv/dy) Trong đó: P lực cản (N) µ độ nhớt động lực học ( N.s/m2) A tiết diện vng góc với vận tốc chảy dv/dy gradient vận tốc lưu chất theo phương vng góc dịng chảy Dựa vào cơng thức ta thấy với cánh khuấy điều kiện thơng số khác, đường kính cánh khuấy lớn lượng tiêu thụ lớn - Chính vậy, theo lý thuyết, cơng suất khuấy giảm dần theo thứ tự : lớn cánh > lớn cánh > nhỏ cánh Tuy nhiên vận tốc thí nghiệm chênh lệch trở lực khơng có loại cánh khuấy - Đối với loại cánh khuấy, chênh lệch công suất tiêu tốn trường hợp khuấy có tải khơng tải nhỏ tăng lên theo vận tốc khuấy, vận tốc khuấy nhỏ, đồng nghĩa với việc tốc độ dòng lưu chất nhỏ, tiếp xúc giữacác phần tử dòng lưu chất với cấu bình dẫn đến ma sát để thắng phần tử tĩnh hơn, chênh lệch không đáng kể Trường hợp vận tốc lớn,các phần tử chuyển động nhanh hơn, tiếp xúc nhiều nên chênh lệch chế độ tải ta bắt buộc phải xét đến 3) Tại lại chọn khoảng cách vận tốc trường hợp khuấy dầu lớn khuấy nhớt Vì độ nhớt dầu nhỏ độ nhớt nhớt nên lực ma sát dầu tạo nhỏ nhớt Vì để dễ dàng quan sát thay đổi công suất ta chọn khoảng cách vận tốc trường hợp khuấy dầu lớn khuấy nhớt 4) Trong trường hợp có xốy phễu? Theo bạn có lợi hay khơng Có phương pháp để làm xoáy phễu? Bề mặt xốy có dạng lõm xuống hay lồi lên? Tại sao? Nguyên nhân 27 Trong trình khuấy, trường hợp lực ly tâm từ cánh khuấy đủ lớn tác động lên lưu chất làm cho chất lỏng có xu hướng văng ngồi đến thành bình bị cản lại vị trí làm mật độ chất lỏng thành bình lớn, mật độ chất lỏng tâm ít, bề mặt thống trở thành dạng phễu với chóp phễu lõm xuống Xốy phễu khơng có lợi, do:  Chất lỏng thành bình dâng cao cộng với lực ly tâm lớn bị văng ngồi gây mát  Chất lỏng bị phân lớp chất vật lý (tỷ trọng, độ nhớt…) chất lỏng khuấy trộn khác xa làm giảm hiệu trình khuấy, tác dụng lực ly tâm, chất có tỷ trọng lớn có xu hướng văng xa  Trong trường hợp khuấy lỏng lỏng, có tạo phễu, bề mặt thống chất lỏng tăng lên, khả khí xâm nhập vào môi chất, gây ảnh hưởng đến chất lượng môi chất, ăn mịn, xâm thực… Khắc phục tránh xốy phễu:  Đặt lệch tâm cánh khuấy, đặt nghiêng nằm ngang nhằm làm cho xoáy phễu tạo thành lệch tâm va đập vào thành dội ngược lại phá vỡ lõm xoáy  Ghép cấu phá dịng xốy chắn, vịng phá xốy… Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm tạo trở lực cục bộ, tăng ma sát tiêu tốn cơng suất động Bề mặt xốy dạng lõm xuống tâm Vì, tác dụng trọng lực lực ly tâm làm mặt đẳng áp bề mặt thoáng chất lỏng từ dạng phẳng biến đổi thành mặt parabol có đáy tâm 5) Nhận xét mức độ tin cậy phương pháp khuếch đại đồng dạng Phân tích trường hợp “bồn nhớt 50m3” Khi ta dùng tỉ lệ đồng dạng, thông số nhân lên theo tỉ lệ, đồng nghĩa với việc sai số nhân lên theo tỉ lệ đấy, sai số lớn chênh lệch kích thước lớn Trên thực tế, sau xây dựng bồn 50 m kỹ sư thiết kế đưa cho kỹ sư vận hành giản đồ công suất khuấy theo vận tốc, vận hành kỹ sư vận hành quan tâm đến hao tổn vận hành chế độ không quan tâm đến chuẩn số 6) Sau xây dựng thành cơng bồn 50m rồi, chuyển sang giai đoạn chuyển giao công nghệ Nếu yêu cầu bạn đưa cho kỹ sư vận hành thiết bị giản đồ nào, chuẩn số công suất hay công suất theo vận tốc? Trong quy mơ cơng nghiệp kích thước thiết bị vật liệu, khối lượng chất lỏng chất chất lỏng lớn nhiều so với mơ hình 28 thí nghiệm Vì để đảm bảo tính xác mơ hình đồng dạng cần đưa cho kỹ sư vận hành thiết bị giản đồ thể nhiều yếu tố ảnh hưởng để họ dễ dàng khảo sát yếu tố áp dụng trường hợp thực tế họ Do nên đưa giản đồ chuẩn số công suất cho kỹ sư vận hành thiết bị Vì từ giản đồ chuẩn số cơng suất khuấy thể cơng suất khuấy trộn, mức độ ma sát hay tiêu hao lượng, chế độ dòng chảy (chuẩn số Re cánh khuấy) vận tốc khuấy CÂU HỎI CHUẨN BỊ 1) Nêu mục đích thí nghiệm - Làm quen với sơ đồ nguyên lý trình khuấy nguyên tắc hoạt động thiết bị khuấy - Khảo sát đặc tuyến công suất theo độ nhớt dung dịch đường kính, số vịng quay cánh khuấy 7) Nêu mục đích q trình khuấy Q trình khuấy học sử dụng nhằm mục đích: Tạo hệ đồng từ thể tích lỏng lỏng, khí, rắn có tính chất thành phần khác nhau: dung dịch, nhũ tương, huyền phù, hệ bọt, … Tăng cường trình trao đổi nhiệt Tăng cường trình trao đổi chất bao gồm trình chuyển khối q trình hóa học 8) Có loại cánh khuấy? Kể tên nêu phạm vi ứng dụng chúng Ta có loại cánh khuấy sau: I II III IV V VI VII Mỏ neo Chân vịt Turbin cánh phẳng Bản Khung Vít tải Băng Phạm vi ứng dụng: 29 Hình 3.1 Đồ thị hình 3.1a giới thiệu vùng sử dụng kiểu cấu khuấy chất lỏng có độ nhớt khác nhau: Từ thấy cấu khuấy chân vịt turbin có vùng sử dụng rộng rãi chúng thích hợp để khuấy trộn chất lỏng có khoảng độ nhớt rộng Các cấu khuấy cịn lại có phạm vi sử dụng hẹp Từ đồ thị dễ dàng xác định để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt cao tốt dùng cấu khuấy vít tải băng - Loại cánh khuấy turbine: Loại dùng cho chất lỏng có độ nhớt cao ( = 5.105 cP), để điều chế huyền phù mịn, dễ hòa tan nhanh chất rắn để khuấy trộn chất lỏng lắng cặn có nồng độ pha rắn đến 80% - Loại cánh khuấy chân vịt: Dùng để điều chế huyền phù, nhũ tương Loại cánh khuấy dùng không thích hợp với chất lỏng có độ nhớt cao khuấy trộn hỗn hợp, pha rắn có khối lượng riêng lớn Việc lựa chọn cấu khuấy phải vào mục đích cơng nghệ, nghĩa cần ý đến trình thực thiết bị khuấy tính chất cơng nghệ mơi trường khuấy Ở bảng 3.1 giới thiệu sơ phạm vi sử dụng công nghệ loại cấu khuấy 30 Cơ cấu khuấy Bản Tấm Thể tích khuấy V (m ) ≤50 ≤50 Độ nhớt chất lỏng μ (Pa.s) Vận tốc vịng thích hợp đầu cánh v (m/s) 0,001 - 0,5 3–2 0,5 - – 1,2 0,001 0,05 Phạm vi sử dụng 2,6 – 0,5 Khuấy chất lỏng tan lẫn có độ nhớt trung bình; nhũ tương hóa sơ bộ; huyền phù hóa với nồng độ tới 90%; khuấy đảo cặn bẩn; hòa tan chậm vật liệu tinh thể, vơ định hình, dạng sợi; san nhiệt độ chất lỏng; khuấy để kết tinh Hịa tan chất lỏng có độ nhớt nhỏ; hịa tan tinh thể, huyền phù hóa, tăng cường trình trao đổi nhiệt Bảng 3.1 9) Nguyên tắc thiết bị khuấy? Khuấy trình làm giảm khơng đồng chất lỏng; chênh lệch nồng độ, độ nhớt, nhiệt độ, … vị trí khác lịng chất lỏng Quá trình khuấy hệ lỏng thường gặp cơng nghiệp (nhất cơng nghiệp hóa chất ngành công nghiệp tương tự: công nghiệp thực phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng, công nghiệp hóa dược, cơng nghiệp nhẹ, …) đời sống ngày Ba loại trình điển hình thực với hệ đồng thể dị thể khác hệ lỏng – lỏng, hệ lỏng – rắn, hệ lỏng – khí loại hình thiết bị đa dạng như: thiết bị phản ứng (thiết bi sulfur hóa, nitro hóa, …), thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị tạo nhũ tương tạo huyền phù 31 Ngun tắc hoạt động: Các cánh khuấy có hình dạng khác nhau, lắp đặt máy Khi máy hoạt động cánh khuấy tạo xáo trộn dòng chất lỏng Cánh khuấy thường sử dụng bể khuấy trộn phương tiện để trộn chất lỏng huyền phù Cánh khuấy thông thưởng sử dụng thiết kế mở gắn với trục trung tâm đặt trung tâm bể 10) Nêu yếu tố ảnh hưởng đến công suất khuấy Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất khuấy: - Vận tốc khuấy - Đặc tính chất lỏng: độ nhớt, khối lượng riêng - Độ cao cột chất lỏng bình chứa - Đường kính cánh khuấy - Dạng cánh khuấy - Dung tích, cấu tạo bình chứa 11) Định nghĩa đồng dạng, yếu tố phương pháp đồng dạng Việc tính tốn khuếch đại đồng dạng có đáng tin cậy khơng? Tại sao? Hai hệ thống gọi đồng dạng chúng thỏa mãn đồng thời: - Đồng dạng hình học: Đồng dạng kích thước tỷ lệ hình học - Đồng dạng động học: Đồng dạng hình học đại lượng đặc trưng cho quỹ đạo chuyển động (vận tốc, gia tốc…) - Đồng dạng động lực học: Đồng dạng giá trị lực tác dụng Mơ hình đồng dạng hồn tồn địi hỏi tất chuẩn số vơ thứ ngun tương ứng Thực tế ta đạt mơ hình đồng dạng gần đúng, vì: - - - Các tiêu chuẩn đồng dạng thường không thỏa mãn: trường hợp cụ thể tùy thuộc vào chế độ động lực học vượt trội mơ hình, thực tế người ta sử dụng đại lượng đặc trưng tương ứng => xây dựng mơ hình theo đại lượng đó, tiêu chuẩn cố gắng giảm khác biệt Kích thước khơng gian hệ thống qua khác biệt: mơ hình q nhỏ => khó khan thí nghiệm, mơ hình q lớn => ảnh hưởng sức căng bề mặt trở nên rõ rệt => làm sai lệch kết Không xem xét hết tất loại lực tác dụng lên hệ thống lớn, nhỏ (vì có lực bỏ qua xem xét mơ hình nhỏ) Khi tính tốn cho hệ thống nhỏ sai số nhỏ áp dụng cho hệ thống lớn đưa đến sai số lớn nhiều theo quy 32 tắc đồng dạng Các sai số đo lực kế, trục khuấy lệch tâm Do đó, đem mơ hình gần áp dụng vào hệ thống thực, ta cần có hệ số hiệu chỉnh Như phương pháp khuếch đại đồng dạng đáng tin cậy khoảng biến đổi khơng lớn kích thước phải có yếu tố hình học hồn tồn tương hợp 12) Cơng thức tính chuẩn số Froude? Ảnh hưởng lên cơng suất khuấy? - Cơng thức tính chuẩn số Froude: Fr  N 2d g Trong đó: N: tốc độ khuấy (v/s) d: đường kính cánh khuấy g: gia tốc trọng trường - Chuẩn số Froude đặc trưng cho hình thành xốy phễu Như ta thấy tác hại việc tạo xốy phễu Vì N p hàm Re Fr nên chuẩn số Fr ảnh hưởng gián tiếp đến aoong suất khuấy thông qua chuẩn số công suất Np 13) Cách thí nghiệm để đánh giá đồng thời ảnh hưởng chuẩn số Froude Để đánh giá ảnh hưởng chuẩn số Fr, ta thí nghiệm với nhiều loại cánh khuấy với đường kính khác hay ta khảo sát cơng suất khuấy với tốc độ khuấy khác 14) Cơng thức tính chuẩn số cơng suất NP? Ý nghĩa nó? Cơng thức tính chuẩn số cơng suất: NP  P N d5  Trong đó: P – cơng suất khuấy N – tốc độ khuấy d – đường kính cánh khuấy ρ – khối lượng riêng chất lỏng - Ý nghĩa chuẩn số công suất: chuẩn số công suất có ý nghĩa thùa số má sát 33 15) Ngồi giản đồ chuẩn số cơng suất, cịn có phương pháp khác để tiên đốn cơng suất khuấy? Phương pháp tiên đốn cơng suất cho hệ thống thực Khi cần thiết kế hệ thống khuấy trộn cơng nghiệp, người ta tạo mơ hình mẫu nhỏ tiến hành thực nghiệm để xây dựng giản đồ chuẩn số cơng suất cho mơ hình Mơ hình mẫu phải đồng dạng với mơ hình lớn thực tế Vì đồng dạng mà mơ hình lớn dùng chung giản đồ mơ hình mẫu Áp dụng giản đồ này, ta tiên đốn cơng suất khuấy trộn thực cần thiết 16) Cho biết ưu điểm sử dụng chắn thiết bị khuấy Ưu điểm sư dụng chắn: - Tấm chắn có tác dụng làm tăng cường độ khuấy làm tắng mức dộ khuấy trộn tạo đồng trình khuấy trộn Trong trường hợp khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt cao, thân thiế bị có lắp chắn hướng kính để ngăn cản tạo xốy, làm tăng chat rối thực khuấy trộn tồn thể tích 17) Trong thiết bị khuấy có dung tích lớn (V > 1,5m 3), để tăng cường trình khuấy ta phải làm nào? Trong thùng đường kính lớn người ta đặt hai nhiều cấu khuấy có đường kính nhỏ Có thể gắn lên trục hai ba cặp khuấy, tạo nên khuấy trộn tốt tồn thể tích chất lỏng 18) Khi khuấy dung dịch có nồng độ pha rắn lớn, ta nên sử dụng loại cánh khuấy nào? Tại sao? Khi khuấy dung dịch có nồng độ pha rắn lớn trở lực cho trình khuấy lớn so với khuấy chất lỏng ta phải chọn cánh khuấy có bề mặt tiếp xúc thấp để tránh va chạm làm hỏng cánh khuấy làm tăng trở lực cho trình Vì cánh khuấy mái chèo nhỏ lựa chọn ưu tiên 19) Cho biết cách tính cơng suất khuấy? Ta có cơng thức: P  N P N d5  Vậy để xác định công suất khuấy ta cần tính tốn giá trị liên quan như: chuẩn số công suất Np, tốc độ khuấy N, đường kính cánh khuấy d khối lượng riêng chất lỏng ρ 34 35 ...BÁO CÁO THỰC HÀNH Q TRÌNH KHUẤY MỤC ĐÍCH - Làm quen với sơ đồ nguyên lý trình khuấy nguyên tắc hoạt động thiết bị khuấy - Khảo sát đặc tuyến công suất theo... nguyên lý trình khuấy nguyên tắc hoạt động thiết bị khuấy - Khảo sát đặc tuyến công suất theo độ nhớt dung dịch đường kính, số vịng quay cánh khuấy 7) Nêu mục đích q trình khuấy Q trình khuấy học... độ khuấy 2.2.2 Cường độ khuấy Các đại lượng thường dùng để biểu thị cường độ khuấy:  Số vòng quay n cánh khuấy  Vận tốc vòng v đầu cánh khuấy  Chuẩn số Reynolds (Re) đặc trưng cho trình khuấy