* Mục đích : - Tạo hỗn hợp không đồng tương đối đồng từ thể tích lỏng, khí rắn có tính chất thành phần khác : dung dịch, nhũ tương, huyền phù… - Tăng cường hiệu trình công nghệ : trao đổi nhiệt, chuyển khối trình hóa học * Phương pháp : Bơm tuần hòan Sục khí Có phương pháp chủ yếu Cơ khí (dùng cánh khuấy) Đồng hóa PHƯƠNG PHÁP 1) Bơm tuần hoàn : - Khả lưu chuyển V lớn (>5 m3) - Phức tạp thiết bị - Khả đồng phụ thuộc số lần tuần hoàn - Cải tiến : bổ sung đoạn ống khuấy trộn 2) Sục khí : - Không có tượng ăn mòn - Không sử dụng cho dung dịch dễ bay độc hại - Phù hợp với diện tích cần xử lý lớn Clip mô tả phương pháp sục khí bể aerotank 3) Cơ khí (dùng cánh khuấy) - Dùng với thể tích V nhỏ ( < 5m3) - Thích hợp dùng nhiều bình khuấy nhỏ 4) Đồng hóa : - Tạo hỗn hợp đồng từ thành phần khó hòa trộn vào - Nguyên tắc : tạo giảm áp suất đột ngột cách đẩy chất lỏng qua khe hẹp (áp suất giảm từ 152 kg/cm2 xuống 2-3kg/cm2) Bơm áp suất cao Vùng chứa chất lỏng Khe giảm áp Hỗn hợp dầu nước Hệ nhũ tương Quá trình đồng hóa * Các tiêu để đánh giá trình khuấy : - Mức độ khuấy trộn : phân bổ tương hỗ hai nhiều chất sau khuấy - Loại cánh khuấy, thời gian khuấy Số vòng quay n cánh khuấy - Cường độ khuấy trộn : Vận tốc vòng v đầu cánh khuấy Công suất khuấy trộn Chuẩn số Rek đặc trưng cho trình khuấy - Hiệu khuấy trộn : thiết bị xem hiệu đạt yêu cầu công nghệ đề với hao phí lượng tối thiểu THIẾT BỊ KHUẤY CƠ HỌC * Các phận thiết bị khuấy : - Cơ cấu khuấy (cánh khuấy) - Trục khuấy - Cơ cấu truyền động - Động Cơ cấu khuấy nhanh : tuabin, đĩa, … I Cơ cấu khuấy : Cơ cấu khuấy chậm : mỏ neo, khung,… Nhìn chung, cấu khuấy nhanh thường được dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhót thấp cấu khuấy chậm thường dùng cho chất lỏng có độ nhớt cao IV Động : - Động điện : kết cấu đơn giản, chi phí vận hành thấp, việc thay đổi số vòng quay phức tạp, thích hợp với công suất nhỏ trung bình - Động thủy lực/khí : cấu truyền động đơn giản, chỉnh số vòng quay dễ dàng , chi phí vận hành lớn, thường sử dụng môi trường dễ cháy nổ Các bước thiết kế hệ thống khuấy * Xác định thông số hình học bình khuấy : Ho / H ≈ 60 – 70% dk : đường kính cánh khuấy (dk = 1/2 - 1/3 D) dk Ho H h h : khoảng cách từ cánh khuấy tới đáy (h = 1/4 – 1/5 Ho) D * Chọn lọai cánh khuấy : - Phụ thuộc vào thùng khuấy, lọai dung dịch cần khuấy, yêu cầu khuấy * Tính số vòng quay n cánh khuấy : (có phương pháp) a) Theo công thức : n= 20.vTH dk (rps) vTH : vận tốc thích hợp đầu cánh khuấy (m/s) Lọai cánh µ (Pa.s) vTH (m/s) Mái chèo 0,001 – 0,5 0,5 – 3 -2 1,2 – Chân vịt 0,001 – 0,1 0,1 – 0,4 16 – 10 10 – 3,8 Turbin hở 0,001 – 5 -15 15 – 25 12 – 7,5 7,5 – 5,2 5,2 – 3,5 Turbin kín 0,001 – 5 – 15 15 – 25 25 – 40 10 – 7–5 – 3,5 3,5 – 2,5 b) Theo mô hình : Mô hình nM d M2 ρ Re k = µ Rek < 20 20 ≤ Rek ≤ 7.10^4 Rek ≥ 7.10^4 Thực tế nTT = f (nM) nTT= nM d M / 11 nTT = nM ( ) dTT dM / nTT = nM ( ) dTT * Xác định thời gian khuấy : τ n = Kτ (const) thời gian khuấy số vòng quay a) Theo kinh nghiệm : Kτ = Cτ (D/d)^2 Cτ Lọai cánh khuấy Mái chèo Chân vịt Turbin hở Turbin kín Không có chặn Có chặn 35 17 90 65 9,9 10 6,2 5,1 b) Theo phương trình thực nghiệm : - Chân vịt : Rek ≤ 10^6 → Kτ = 2000 Rek ^(-0,5) Rek ≥ 2.10^4 → Kτ = 8,77 - Turbin hở : ≤ Rek ≤ 100 → 100 ≤ Rek ≤ 1000 → Kτ = 3.D ( a + 0,5) Ho.h − a b −0,5 d k Kτ = 3.D ( a +0,5) −a Ho.h b −0,5 −1, d k ( a = 0,25 (Ho/D – 1) , b : bề dày cánh khuấy) - Công thức tổng quát : D 5/3 −1, Kτ = 6,7.( ) K N dk hệ số công suất khuấy −1, Re −k * Xác định công suất khuấy : N = K N n d ρ (W) (m) (kg/m3) cấu tạo cánh khuấy KN : chuẩn số công suất khuấy độ nhớt nhiệt độ dung dịch số vòng quay cánh khuấy K N = A Re mk Frk p 1) Rek < 20 : m = -1 ; p = 2) Tra đồ thị 3) Có trường hợp : a) Không có lõm xoáy : m ≠ ; p = b) Có lõm xoáy : m = ; p = (a – lgRek)/b Lọai cánh khuấy D/d a b Chân vịt 2,1 2,7 3,0 3,3 4,5 2,6 2,3 2,1 1,7 18 18 18 18 18 3,3 3,0 1 4 Turbin A, m tra bảng VI.1 (p616) - sổ tay tập * Hệ số hiệu chỉnh công suất khuấy : KNTT = KN f - Mái chèo : D/d = 2,5 – ; Ho/D = 0,6 – 1,6 h/d = 1/5 – 1/3 D 1,1 Ho 0, 4h 0,3 f = ( ) ( ) ( ) 3d d d - Chân vịt : D 0,93 Ho 0, f = ( ) ( ) 3d D Tham khảo thêm toán đồ Erdơmengơ, Nêdơhactô (hình IV.14, p618, st1) * Xác định KN theo thực nghiệm : a) Công thức Buiche : Rek < 20 : KN = A/Rek 30 < Rek < 7.10^4 : KN = A.Rek ^(-1/4) b) Công thức Romankol : (dùng cho chân vịt – mái chèo, D/d =H0/d =3) Rek < 50 : KN = 230.Rek^(-1,67) Rek > 50 : KN = 0,845.Rek^(-0,75) c) Công thức Kafarob Rek < 50 : KN = 160 / Rek 50 < Rek < 5.10^4 : KN = 160 / Rek^(0,135) Rek > 5.10^4 : KN = 1,7 * Xác định KN theo trường vân tốc : a) Xác định hàm Ψ1 = f (E, D/d) ϕ E= , 25 ε k Z k Re k hệ số ma sát ( φ = 8.(Ho/ D) + ) số cánh khuấy có trục khuấy Lọai cánh khuấy Mái chèo Mái chèo cánh Mái chèo cánh Chân vịt Turbin hở Turbin kín hệ số chứa đầy dung dịch thùng D/d εk 1,5 – 2,5 3–6 2–4 3–6 3–6 3–6 0,88 0.56 23,5 8,4 4,2 b) Xác định Ψ2 : Ψ2 = - Φ1 – Φ2.Ψ1 - Quay nhanh : Φ1 = 0,5 ; Φ2 = 1,25 - Quay chậm : Hình 3.25 trang 126 (Khuay - lang – loc) c) Xác định KN - Không có chặn : KN = εk K1 K1 = 0,1 (Ψ1)^2 + 0,222 Ψ1 Ψ2 + 0,125 (Ψ2)^2 - Có chặn : K N = ε k Kp Z k Kp = f (p) D p = 2.( D / d ).Z p hp ε Z D ln D − 2Bp −1 k số chặn −1 k chiều cao chặn −1 bề rộng chặn * Công suất khởi động N khởi động = N1 + N2 công suất khuấy công suất thắng lực quán tính N = 0,79.a.n d ρ (a = b/d) N động = N khởi động / η (η = 0,6 – 0,8) [...]... quả khuấy trộn : - Dòng chuyển động theo phương chiều trục (lên xuống) thích hợp cho quá trình hòa tan của chất rắn - Dòng chuyển động theo phương bán kính (qua lại) thích hợp cho quá trình hòa trộn khí – lỏng hoặc lỏng – lỏng * Lõm xoáy : - Lực ly tâm đẩy chất lỏng và tạo lõm xoáy, bọt khí bị hút vào trong + Bọt khí va đập vào cánh khuấy, + Tạo sự phân lớp n.d k2 ρ Re k = µ n : tốc độ quay của cánh khuấy. .. trường dễ cháy nổ Các bước thiết kế hệ thống khuấy * Xác định thông số hình học của bình khuấy : Ho / H ≈ 60 – 70% dk : đường kính cánh khuấy (dk = 1/2 - 1/3 D) dk Ho H h h : khoảng cách từ cánh khuấy tới đáy (h = 1/4 – 1/5 Ho) D * Chọn lọai cánh khuấy : - Phụ thuộc vào thùng khuấy, lọai dung dịch cần khuấy, yêu cầu khuấy * Tính số vòng quay n của cánh khuấy : (có 2 phương pháp) a) Theo công thức :... tuần hoàn * Xác định bán kính tác dụng của cánh khuấy : Công thức thực nghiệm : 747.N R = 0,15.a 0,0211.µ N : công suất khuấy trộn (kW) µ : độ nhớt dung dịch khuấy (cP) Hệ số a theo cánh khuấy và vị trí Lọai cánh khuấy Vị trí cánh khuấy Đúng tâm Lệch tâm Chân vịt 0,5 0,15 Tuốc bin 0,2 0,3 II Trục khuấy : - Là bộ phận truyền chuyển động trực tiếp cho cơ cấu khuấy Trục đặc : thường làm bằng thép cacbon...* Các loại cánh khuấy : 1) Mái chèo : - Dùng với thùng khuấy có kích thước lớn - Không thích hợp với chất lỏng có bề dày lớn - Lực ma sát lớn , không thích hợp với dung dịch có độ nhớt cao ( > 1cP ở 20 ºC) 2) Chân vịt : - Cánh cong, hàn nghiên và chuyển động theo phương dọc trục - Thuận tiện với lớp chất lỏng dày - Thích hợp đối với chất lỏng có độ nhớt cao 3) Tuốc bin - Chi phí... +0,5) −a Ho.h b −0,5 −1, 5 d k ( a = 0,25 (Ho/D – 1) , b : bề dày cánh khuấy) - Công thức tổng quát : D 5/3 −1, 3 Kτ = 6,7.( ) K N dk hệ số công suất khuấy −1, 5 Re −k 1 * Xác định công suất khuấy : N = K N n d ρ 3 (W) 5 (m) (kg/m3) cấu tạo cánh khuấy KN : chuẩn số công suất khuấy độ nhớt và nhiệt độ dung dịch số vòng quay của cánh khuấy K N = A Re mk Frk p 1) Rek < 20 : m = -1 ; p = 0 2) Tra đồ thị... = µ Rek < 20 20 ≤ Rek ≤ 7.10^4 Rek ≥ 7.10^4 Thực tế nTT = f (nM) nTT= nM d M 6 / 11 nTT = nM ( ) dTT dM 2 / 3 nTT = nM ( ) dTT * Xác định thời gian khuấy : τ n = Kτ (const) thời gian khuấy số vòng quay a) Theo kinh nghiệm : Kτ = Cτ (D/d)^2 Cτ Lọai cánh khuấy Mái chèo Chân vịt Turbin hở Turbin kín Không có tấm chặn Có tấm chặn 35 17 90 65 9,9 10 6,2 5,1 b) Theo các phương trình thực nghiệm : - Chân... KN = 160 / Rek^(0,135) Rek > 5.10^4 : KN = 1,7 * Xác định KN theo trường vân tốc : a) Xác định hàm Ψ1 = f (E, D/d) ϕ E= 0 , 25 ε k Z k Re k hệ số ma sát ( φ = 8.(Ho/ D) + 1 ) số cánh khuấy có trên trục khuấy Lọai cánh khuấy Mái chèo Mái chèo 3 cánh Mái chèo 6 cánh Chân vịt Turbin hở Turbin kín hệ số chứa đầy dung dịch trong thùng D/d εk 1,5 – 2,5 3–6 2–4 3–6 3–6 3–6 0,88 0.56 3 23,5 8,4 4,2 b) Xác... tốc độ quay của cánh khuấy dk : đường kính cánh khuấy ( Nếu Re > 300 có thể sinh ra lõm xoáy ) Hiện tượng lõm xoáy làm mất mát năng lượng của hệ, làm giảm hiệu suất hoạt động và gây ra sự va đập thủy lực có hại cho thiết bị * Các phương pháp tránh lõm xoáy : a) Đặt tấm chặn : - Khả năng phá lõm xoáy là 100% - Công suất tiêu thụ lớn b) Đặt lệch tâm cánh khuấy : - Xem thành bình là tấm chặn - Hệ phân... thị 3) Có 2 trường hợp : a) Không có lõm xoáy : m ≠ 0 ; p = 0 b) Có lõm xoáy : m = 0 ; p = (a – lgRek)/b Lọai cánh khuấy D/d a b Chân vịt 2,1 2,7 3,0 3,3 4,5 2,6 2,3 2,1 1,7 0 18 18 18 18 18 3,3 3,0 1 1 4 4 Turbin A, m tra ở bảng VI.1 (p616) - sổ tay tập 1 * Hệ số hiệu chỉnh công suất khuấy : KNTT = KN f - Mái chèo : D/d = 2,5 – 4 ; Ho/D = 0,6 – 1,6 h/d = 1/5 – 1/3 D 1,1 Ho 0, 6 4h 0,3 f = ( ) ( )... đương nhau III Bộ truyền động : Truyền động đai - Có 2 loại : Truyền động bánh răng - Truyền động đai : số vòng quay cánh khuấy nhỏ (500-1000 rpm), tỉ số truyền < 10 và hiệu suất truyền động khoảng 0,92 – 0,98 - Truyền động bánh răng : cơ cấu gọn nhưng độ ồn lớn, số vòng quay cánh khuấy lớn, tỉ số truyền đa dạng (4 - 72) IV Động cơ : - Động cơ điện : kết cấu đơn giản, chi phí vận hành thấp, việc thay