Với chiều dài L thì thể tích của bước nhảy thủy lực sẽ là:
Thời gian lưu trữ t sẽ là:
2.2.4.5 Bài tập ứng dụng
Một khuấy trộn bước nhảy thủy lực như hình dưới đây được sử dụng để trộn phèn trong quá trình xử lý nước. Chiều cao dưới cùng của cửa đến đáy của kênh là 5cm. Lưu lượng dòng chảy đi vào khuấy trộn là 0,048 m3/s và chiều rộng của kênh là 10 cm. a/ Tính năng lượng trộn trong bước nhảy
Chiều cao nước sau bước nhảy:
Vận tốc nước sau bước nhảy q = h1.V1 = h2.V2
Giả sử, nhiệt độ của nước là 25oC, thì ñw = 997 kg/m3, vì thế Năng lượng trộn trong bước nhảy:
b/ Xác định năng lượng sinh ra có phù hợp với yêu cầu khuấy trộn hiệu quả hay không
Vì Fr1 > 10, áp dụng công thức Pavoloski, chiều dài bước nhảy thủy lực: Lj = 2,5 (1,9h2 – h1) = 2,5.(1,9.0,94 – 0,05) = 4,34 (m)
Thể tích của bước nhảy thủy lực:
Gradient tốc độ của bước nhảy thủy lực là:
Thời gian khuấy trộn là
So sánh với bảng, ứng với thời gian khuấy t = 4,38s, gradient tốc độ nằm trong khoảng 4000 - 1500 s-1. Gradient tốc độ của bước nhảy thủy lực là 3104,55 s-1 na82mg trong khoảng cho phép Đây là khuấy trộn hiệu quả. [4][7]
CHƯƠNG 3. MÁY TRỘN TĨNH (static mixers) 3.1. GIỚI THIỆU.
Trộn là một quá trình quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Nó thường được thực hiện bằng cách sử dụng một trong hai tàu khuấy động cơ hoặc máy trộn tĩnh. Máy trộn tĩnh bao gồm một loạt các vật liệu cố định và cứng nhắc cũng như các yếu tố pha trộn được cài đặt trong đường ống, ống dẫn hoặc ống truyền. Mục đích của chèn là để phân phối lại chất lỏng trong một hướng ngang với hướng của dòng chảy chính, cả hai tiếp tuyến và xuyên tâm. Máy trộn tĩnh tìm thấy ứng dụng trong nhiều quy trình như pha trộn của chất lỏng có thể trộn cả trong lớp chất lỏng và dòng chảy hỗn loạn, pha trộn và phân tán của chất lỏng không ổn định bằng cách giúp đỡ để tạo ra một mặt phân cách, pha trộn rắn, truyền nhiệt và đồng nhất khối lượng [9].
Những quá trình này phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp hóa chất và sản xuất hóa chất nông nghiệp sản, chế biến ngũ cốc, chế biến thực phẩm, chế biến khoáng sản, hóa dầu và lọc dầu, dược phẩm và mỹ phẩm, polyme, nhựa, dệt may, sơn, nhựa và chất kết dính, giấy và vột giấy, nước và xử lý nước thải.[9]
Việc sử dụng máy trộn tĩnh liên tục trong quá trình trộn là một lựa chọn phù hợp, có thể tương tự như trộn thông thường và đôi khi hiệu suất tốt hơn có thể đạt được với chi phí thấp. Khi chúng không có bộ phận chuyển động, máy trộn tĩnh thường có mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn, yêu cầu không gian nhỏ hơn, chi phí thấp và thiết bị yêu cầu bảo dưỡng giảm so với máy khuấy trộn cơ học. Chúng cung cấp một tỷ lệ kiểm soát cao hơn và khả năng mở rộng của hệ thống pha loãng hàng loạt và có thể cung cấp đồng nhất nguồn nước với thời gian lưu tối thiểu. Máy cũng cung cấp trộn tốt ở nơi có tỷ lệ biến dạng cao cục bộ trong khi đó một khuấy cơ khí có thể làm hỏng các vật liệu nhạy cảm. Máy trộn tĩnh cũng đi kèm với tính năng tự làm sạch. Máy trộn tĩnh dùng nhiều và dùng một lần cũng được cung cấp.
Nhiều thiế kế máy trộn tĩnh đã được đưa ra. Thakur et al đã báo cáo sự có mặt của khoảng 2000 bằng sáng chế Mỹ và hơn 8000 bài báo mô tả máy trộn tĩnh và các ứng dụng của máy. Hơn 30 mô hình đã thực hiện và ứng dụng của máy vào các ngành công nghiệp khác nhau cũng như thương mại.[9]
3.2. HOẠT ĐỘNG VÀ PHÂN LOẠI
3.2.1. Hoạt động cơ bản nhất của máy trộn.[15]
Hình 3.1: Hướng dòng chảy chính của chất lỏng
Hình 3.2: Cánh hướng tăng dòng chảy rối[16] 3.2.2. Phân loại máy trộn. Có một số loại máy trộn động để lựa
chọn tùy thuộc vào ứng dụng đặc trưng của chúng. Một số thiết kế điển hình bao gồm các tấm, vách ngăn, các yếu tố xoắn hoặc lưới hình học vị trí ở góc chính xác để hướng dòng chảy và làm tăng tính xáo trộn trong dòng nước. Những thiết bị khác bao gồm các ống dẫn rời rạc hoặc phân đoạn xếp chồng với nhau để tạo thành một máy trộn hoàn toàn. Hình dáng cũng khác nhau - máy trộn tĩnh thường có mặt cắt ngang hình tròn nhưng hình dạng khác cũng có (vuông, chữ nhật, vv) cho các yêu cầu cụ thể.
đơn hoặc đa giai đoạn với kết quả lặp lại. Hiệu suất trộn này có thể được dự đoán dựa trên tốc độ dòng chảy, độ nhớt, mật độ, tỷ lệ phần trăm của các thành phần hỗn hợp và kích thước đường ống. Hãy tưởng tượng hai dòng chảy riêng biệt gồm phần A và phần B, dẫn vào một máy trộn tĩnh, mỗi dòng chiếm một khu vực riêng biệt như nhìn từ mặt cắt ngang của ống. Khi vật liệu di chuyển qua từng phần tử trộn, các khu vực bị chiếm đóng bởi mỗi thành phần ngày càng trở nên xen kẽ hơn. Tỷ lệ phần A và phần B vẫn như nhau ở tất cả đoạn ống (1: 1), nhưng mỗi thành phần trở nên phân bố đồng đều trong suốt đoạn ống.
Trong những năm qua, các nhà cung cấp máy trộn tĩnh đã phát triển các mô hình và công thức riêng cho kích thước của họ.
Một số mẫu thiết kế được bán trên thị trường tùy thuộc vào các quy trình cụ thể, ví dụ như xử lý nước thải, nhựa đùn hoặc lọc hóa dầu. Các mô hình khác linh hoạt hơn trong các ứng dụng cụ thể, thiết kế chắc chắn có thể xử lý chất rắn, lỏng-lỏng, khí-lỏng và thậm chí chảy tự do yêu cầu trộn rắn rắn.[13] 3.3. ỨNG DỤNG[10]
3.3.1. Ứng dụng máy trộn tĩnh trong xử lý hóa học, vật lý của nước.
Khả năng ứng dụng trong nước, nước thải và xử lý bùn kéo dài trên một phạm vi rộng. Một số ví dụ dưới đây được lấy trực tiếp từ thực hành thực tế được giải thích.
Sơ đồ cho thấy một loạt các ứng dụng có thể cho máy trộn tĩnh trong điều trị hóa chất vật lý của nước. Cũng có thể được ứng dụng tương tự trong nhà máy xử lý trang bị với một giai đoạn sinh học.
hóa chất vật lý.
3.3.2. Ứng dụng trộn phèn trong keo tụ tạo bông. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Để đạt được kết bông tối ưu, phèn (PAC), FeCI3, FeS04 hoặc polyelectrolyte đã được phân phối trên toàn bộ dòng quá trình càng nhanh và như thống nhất. Những mục tiêu lý tưởng này đạt được bằng cách sử dụng máy trộn Sulzer CompaX mới (hình 5). Máy trộn thực thi dòng chảy đảm bảo rằng toàn bộ dòng chất lỏng là hoàn toàn thống nhất và pha trộn trong vài phần giây. Tiết kiệm lên đến 45% đã đạt được trong thực tế. Máy trộn CompaX hoặc SMF thường được đề nghị cho dùng trong quá trình keo tụ. Các máy trộn CompaX có tổng chiều dài 0,5-1 đường kính ống, máy trộn SMF có chiều dài 2 – 5 đường kính ống. Các loại máy trộn được chọn theo quy trình và yêu cầu cụ thể của khách hàng. Để biết chi tiết về giá trị pH, tham khảo các mô tả liên quan đến sơ đồ 4.
Biểu đồ 3. 2: giai đoạn keo tụ với kiểm soát độ pH .
Hình 3.2. CompaXTM
NPS 1200 FRP trong keo tụ tạo bông
3.3.3. Hòa trộn chất lỏngcó độ nhớt cao và có độ nhớt cao và hoạt hóa tối ưu quá trình kết bông (Sơ đồ 3).
Để đạt được hoạt hóa tối ưu của keo tụ tạo bông, giải pháp chính
là pha loãng với 10 đến 100 lần thể tích của nó trong nước trước khi thêm vào bùn thải. Cũng giống như trong nhiều trường hợp có độ nhớt cao pha loãng trong nước không phải là tự phát. Do đó, điều cần thiết để đảm bảo trộn đều, trộn hiệu quả được bảo đảm bằng việc sử dụng một máy trộn tĩnh phù hợp. Kết quả là giảm tiêu thụ chất keo tụ và do đó tiết kiệm chi phí.
Sự pha trộn giữa chất keo tụ vào bùn trước khi khử nước là một bước quá trình quan trọng có ảnh hưởng đáng kể về kinh tế của toàn bộ quá trình xử lý nước. Hoạt động pha trộn bằng một máy trộn SMF tĩnh có thể giảm tiêu thụ chất keo tụ và / hoặc làm tăng hàm lượng chất rắn khô của bùn khử nước (hình 6). Máy trộn tĩnh đang được sử dụng thành công kết hợp với tất cả các phương pháp. Giai đoạn khử nước cổ điển liên quan đến máy ép bùn là lĩnh vực của máy trộn SMF. Nó thường được sản xuất bằng thép
Sơ đồ 3.3: Pha loãng chất keo tụ trong ống.
3.3.4. Kiểm soát hoặc trung hòa pH.
Phản ứng trung hòa thông thường diễn ra trong một thời gian ngắn, nhưng với điều kiện là pha trộn của các thành phần phản ứng trong dòng quá trình được thực hiện một cách nhanh chóng. Nhiệm vụ này rất thích hợp cho các máy trộn tĩnh cho phép các phản ứng trung hòa được thực hiện trực tiếp trong đường ống. Do đó, khối lượng bồn trung hoà có thể được giảm đáng kể hoặc thậm chí họ có thể được loại bỏ hoàn toàn. Giải pháp không gian và tiết kiệm năng lượng này đang được sử dụng với sự gia tăng thành công trong các nhà máy xử lý nước (hình 7). Không chỉ là nó có thể tiết kiệm số bồn mà còn giảm chi phí năng lượng và không có công việc bảo trì thường gắn liền với khuấy động dẫn đến giảm tổng thể trong chi phí hoạt động. Để thúc đẩy sự pha trộn của các phương tiện truyền thông trung hòa (axit, bazơ, vữa vôi), họ đang bổ sung máy trộn tĩnh nhỏ trước khi nước được đưa vào dòng chính (hình 8).
Hình 3.3: Các yếu tố pha trộn làm bằng thép không gỉ sẽ cài đặt trong đường ống xi măng làm tường ngăn. Các vòng vị trí máy trộn để bảo vệ thành ống giảm hư hại. Các đầu dò cho việc kiểm soát liều lượng tác nhân trung hòa theo một quy tắc khoảng các từ máy trộn đến nơi nước chảy ra bằng 2-4 lần đường kính ống. Quá trình trung hòa được thực hiện bằng cách sử dụng máy trộn SMV hoặc SMF bằng nhựa hoặc thép không gỉ. Chiều dài của là 2 -5 đường kính ống và giảm áp suất nằm trong khoảng 0,02 – 2 M w. g
Sơ đồ 3.4: Trung hòa và kiểm soát pH
3.3.5. Hòa trộn chất khửtrùng. trùng.
Trước khi đi vào mạng lưới phân phối, nước uống xử lý trải qua việc bổ sung một lượng nhỏ chất khử
trùng đã được pha trộn thống nhất trong toàn bộ dòng nước. Điều này được thực hiện dễ dàng bằng máy trộn SMV, SMI và / hoặc CompaX làm bằng thép không gỉ. Sự sụt giảm áp suất khoảng 0,02 - 1 m w. g.
Một trong những tính năng chính của máy trộn CompaX là chiều dài lắp đặt ngắn, các vòi phun liều lượng đơn giản và giảm áp suất thấp ở cùng hiệu suất trộn. Các máy trộn CompaX gần như độc lập với tỷ lệ pha trộn.
Sơ đồ 3.5: Ứng dụng trong khử trùng
- Pha loãng dung dịch kiềm đặc khi nước bị chua.
- Làm giàu Oxy bằng cách sục khí.
- Giai đoạn xử lý than hoạt tính
- Trộn các lớp khác nhau của dầu hoặc xăng
- Phản ứng đường ống - Sản xuất dầu diesel sinh học
- Trộn chất chống oxy hóa và các chất phụ gia khác - Điều chỉnh độ nhớt
- kiểm soát pH
3.4. TÍNH TOÁN TRONG MÁY TRỘN TĨNH.3.4.1. Quy trình thử nghiệm 3.4.1. Quy trình thử nghiệm
Các quy trình liên quan đến thí nghiệm đo giảm áp lực và miêu tả dòng chảy qua máy trộn SMX được trang bị bên trong một ống tròn trong suốt được dùng để thử nghiệm. Một sơ đồ của thiết bị thí nghiệm được trình bày trong Hình 2. Nước chảy bởi lực hấp dẫn từ bể cấp thông qua một ống miệng loe có chiều dài 35D trước khi đưa vào phần thử nghiệm và đi qua một chiều dài đường ống đầu ra là 20D. Kiểm soát lưu lượng bằng phương tiện của hai van kim. Tốc độ dòng chảy được đo tại đầu ra dưới van kim một xi lanh và một đồng hồ bấm giờ. Sự sụt giảm áp lực trong phần thử nghiệm được
đo bằng một áp kế nước nghiêng.
Vòi nước áp lực được đặt cách vách ngăn ở phần đầu ống một khoảng 1,5 D và cách vách ngăn cuối ống 1,5D. Vòi nước áp lực được gắn để quan sát dòng chảy trong ống. Dòng chảy được hình dung bằng cách bơm một loại thuốc nhuộm huỳnh quang (Fluorescen) ở phần đầu ống. Thiết lập bơm thuốc nhuộm bao gồm một buret để lưu giữ và kiểm soát dòng chảy, và dòng chảy thuốc nhuộm chảy ở trung tâm hình học của đường ống. Các đường ống được chiếu sáng bởi một bóng đèn huỳnh quang. Cấu trúc dòng chảy được chụp bằng một máy ảnh kỹ thuật số với độ phân giải 4.0 mega pixel.
3.4.2. Kết quả của thực nghiệm và tính toán các thông số của máy trộn tĩnh. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.4.2.1. Hệ số ma sát
Thiết bị thử nghiệm đã chứng minh được bằng cách so sánh các yếu tố ma sát của một ống tròn thẳng không vách ngăn ( phương trình 1 ) với hệ số ma sát Darcy trong dòng chảy tầng ( phương trình 2 ) theo hệ số Reynolds.
f =
Trong đó: ΔP là giảm áp lực trên độ dài của phần kiểm tra, L, D đường kính ống, ρ mật độ của nước, và V vận tốc trung bình được xác định bằng tỷ lệ lưu lượng.
Sự đồng nhất giữa các kết quả thử nghiệm và công thức lý thuyết đã được báo cáo cho thấy sự chính xác của thiết bị thử nghiệm và các thiết bị đo đạc.
Hình 3.5. cho thấy ảnh hưởng của sự có mặt các số khác nhau của máy trộn SMX. Rõ ràng là trong các máy trộn tĩnh các yếu tố ma sát tăng đáng kể khi so sánh với ống mở. Tăng số lượng các yếu tố pha trộn cũng làm tăng yếu tố ma sát. Những kết quả này được dự kiến thay vì các tấm của máy trộn đại diện cho những trở ngại cho dòng chảy. Mặc dù cơ chế này phát huy trộn, nó làm tăng thiệt hại nhỏ cùng một lúc. Điều này được thể hiện trong hình 3.6.[9]
Hình 3.4: Máy trộn di động SMX™ có thể thay thế được [14]
3.4.2.2. Các yếu tố pha trộn và hệ số Reynolds
Các mẫu của dòng chảy trực quan được hiển thị trong hình 5. Hiệu quả của máy trộn là có thể quan sát được. Ngay cả khi chỉ có bốn yếu tố pha trộn được sử dụng (Hình 2.7 a, b, c & d ), rõ ràng là một dòng duy nhất của thuốc nhuộm cũng được trộn sau khi đi qua các yếu tố pha trộn. Như số Reynolds tăng 160-830, chất lượng trộn tiếp tục cải thiện cho đến khi dòng chảy quan sát thấy đồng nhất.
Khi số lượng các yếu tố pha trộn tăng lên, rõ ràng là hình ảnh đồng nhất đạt được ở mức thấp hơn, hệ số Reynolds khoảng 400 cho tám yếu tố pha trộn và 60 cho 12 yếu tố pha trộn. (a) Re=160 (b) Re =456 (c) Re =602 (d) Re =832 (e) Re =306 (f) Re =442 (g) Re =60
Hình 3.7: Kết quả dòng chảy trực quan: 4 yếu tố pha trộn ( a, b, c và d ), 8 yếu tồ pha trộn ( e & f ), 12 yếu tố pha trộn 9 (g) dòng chảy từ trái sang phải. [I]
3.5. THIẾT KẾ MÁY TRỘN TĨNH CƠ BẢN3.5.1. Máy trộn SMV. 3.5.1. Máy trộn SMV.
3.5.1.1. Giới thiệu máy trộn SMV.
Máy trộn tĩnh để pha trộn và tiếp xúc các thiết bị được lắp đặt trong ống dẫn. Các đường ống liên quan hoặc ống dẫn có thể tròn, hình vuông hoặc hình chữ nhật. Các máy trộn có sẵn với các thiết kế khác nhau và theo nhiều loại vật liệu, cho phép thích
ứng tối ưu để đáp ứng yêu cầu qui trình riêng lẻ. Trong việc xử lý nước, chất rắn lơ lửng tự do, ví dụ nước uống; nó là thích hợp hơn để sử dụng máy trộn SMV cho cả quy