1 Contents BÀI 1.KHUẤY CHẤT LỎNG Giới thiệu Quá trình khuấy chất lỏng ứng dụng nhiều q trình cơng nghệ hóa chất, thực phẩm môi trường Khuấy trộn làm tăng tốc độ truyền nhiệt, truyền khối, tăng tốc độ phản ứng, tạo hệ đồng nhất… Mục đích thí nghiệm − Xây dựng đồ thị quan hệ chuẩn số Re chuẩn số công suất khuấy, hiệu suất khuấy − Khảo sát công suất khuấy điều kiện khác Cơ sơ lý thuyết 1.1 Khuấy chất lỏng Khuấy chất lỏng hệ lỏng q trình 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,…) sống ngày Quá trình khuấy thường thực ống có dịng chất lỏng chảy qua, bơm vận chuyển, đĩa tháp tinh luyện… thiết bị khuấy hoạt động nhờ lượng học nhờ lượng dịng khí nén Trong khn khổ thí nghiệm ta nghiên cứu q trình khuấy học 1.2 Mục đích khuấy Mục đích 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 trình truyền khối q trình hóa học 3.1.1.Cơng suất khuấy (N) Đặc điểm − Công suất khuấy N phụ thuộc vào chế độ, đặc tuyến dòng hệ thống vào kích thước hình học thiết bị Các chế độ chuyển động lưu chất dạng màng, dạng rối dạng chuyển tiếp − Các thông số ảnh hưởng đến cơng suất khuấy là: kích thước quan trọng thùng chứa cánh khuấy (dk); độ nhớt (µ, ) khối lượng riêng () chất lỏng; tốc độ cánh khuấy n số gia tốc trọng trường g Với KN chuẩn số công suất khuấy (không thứ nguyên), xác định theo công thức sau: Bảng 1-1 Thông số A m cánh khuấy Cánh khuấy A m Mái chèo (2 cánh) 14,35 0,31 Chân vịt (2 chân vịt) 0,985 0,15 Công suất động cho biết lượng tiêu hao thực tế cho trình khuấy xác định theo công thức: Với U: hiệu điện (V) I: cường độ điện (A) cos: hệ số công suất dòng điện 3.1.2.Các tiêu để đánh giá trình khuấy − Mức độ khuấy: phân bố tương hỗ hai nhiều chất sau khuấy hệ − Cường độ chất khuấy: ta thường dùng đại lượng sau để biểu thị cường độ khuấy trộn: • • • • Số vòng quay n cánh khuấy Vận tốc vịng v đầu cánh khuấy Cơng suất khuấy trộn riêng Chuẩn số Reynolds đặc trưng cho trình khuấy Trong đó: n: số vịng quay (vịng/s) d: đường kính cánh khuấy (m) : độ nhớt động học (m2/s) Thực nghiệm 1.3 Thí nghiệm 1: khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy mái chèo (khơng có chặn) 4.1.1 Chuẩn bị − Chuẩn bị nước đến 2/3 thùng khuấy; − Kiểm tra loại cánh khuấy khảo sát chặn; − Chỉnh nút điều khiển tốc độ vị trí (zero) 4.1.2 Các lưu ý − Thay chất lỏng khảo sát thấy bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi hơi; − Đảm bảo mức chất lỏng thùng khuấy mức 2/3 chiều cao thùng, không cho chất lỏng vào đầy; − Trước tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặt loại cánh khuấy tháo chặn hay chưa; − Khi kết thúc thí nghiệm chỉnh nút điều khiển vị trí 4.1.3 Báo cáo − Xây dựng đồ thị quan hệ chuẩn số ReM chuẩn số công suất khuấy − Xây dựng đồ thị quan hệ chuẩn số ReM hiệu suất khuấy − Nhận xét kết thí nghiệm, dạng đường biểu diễn… 1.4 Thí nghiệm 2: khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy đổi với loại cánh khuấy mái chèo (có chặn) 4.1.4.Chuẩn bị Tương tự thí nghiệm 4.1.5.Các lưu ý − Thay chất lỏng khảo sát thấy bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi hơi; − Đảm bảo mức chất lỏng thùng khuấy mức 2/3 chiều cao thùng, không cho chất lỏng vào đầy; − Trước tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặt loại cánh khuấy tháo chặn hay chưa; − Khi kết thúc thí nghiệm chỉnh nút điều khiển vị trí 4.1.6.Báo cáo 4.1.7.,ủa chất lỏng; tốc độ cánh khuấy n số gia tốc trọng trường g.ọng thùng chứa cánh khuấy (d bị Các chế độ chuyển − Xây dựng đồ thị quan hệ chuẩn số ReM chuẩn số công suất khuấy − Xây dựng đồ thị quan hệ chuẩn số ReM hiệu suất khuấy − So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại mái chèo khơng có chặn 1.5 Thí nghiệm 3: khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến cơng suất khuấy đối vói loại cánh khuấy chân vịt (khơng có chặn) 4.1.8.Chuẩn bị Tương tự thí nghiệm 4.1.9.Các lưu ý − Thay chất lỏng khảo sát thấy bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi hơi; − Đảm bảo mức chất lỏng thùng khuấy mức 2/3 chiều cao thùng, không cho chất lỏng vào đầy; − Trước tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặt loại cánh khuấy tháo chặn hay chưa; − Khi kết thúc thí nghiệm chỉnh nút điều khiển vị trí 4.1.10 Báo cáo − Xây dựng đồ thị quan hệ chuẩn số ReM chuẩn số công suất khuấy − Xây dựng đồ thị quan hệ chuẩn số ReM hiệu suất khuấy − Nhận xét kết thí nghiệm, dạng đường biểu diễn… − So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại mái chèo khơng chặn 1.6 Thí nghiệm 4: khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy chân vịt (có chặn) 4.1.11 Chuẩn bị Tương tự thí nghiệm 4.1.12 Các lưu ý − Đảm bảo mức chất lỏng thùng khuấy mức 2/3 chiều cao thùng, không cho chất lỏng vào đầy; − Trước tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặt loại cánh khuấy tháo chặn hay chưa; − Khi kết thúc thí nghiệm chỉnh nút điều khiển vị trí 4.1.13 Báo cáo − Xây dựng đồ thị quan hệ chuẩn số ReM chuẩn số công suất khuấy − Xây dựng đồ thị quan hệ chuẩn số ReM hiệu suất khuấy − Nhận xét kết thí nghiệm, dạng đường biểu diễn… − So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp: • Khảo sát cánh khuấy loại mái chèo có chặn • Khảo sát cánh khuấy loại chân vịt khơng có chặn Ghi nhận số liệu Xử lý số liệu BÀI 2.THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG Giới thiệu Trong công nghiệp đặc biệt lĩnh vực công nghệ hóa học, thực phẩm mơi trường biến đổi vật chất luôn kèm theo tỏa nhiệt hay thu nhiệt cần phải có nguồn thu lượng nhiệt (thiết bị làm lạnh hay ngưng tụ) hay nguồn tỏa nhiệt (thiết bị gia nhiệt, đun sơi) Q trình truyền nhiệt phân biệt thành trình truyền nhiệt ổn định q trình truyền nhiệt khơng ổn định Quá trình truyền nhiệt ổn định trình mà nhiệt độ thay đổi theo khơng gian mà khơng thay đổi theo thời gian Q trình truyền nhiệt khơng ổn định q trình mà nhiệt độ thay đổi theo không gian thời gian Q trình truyền nhiệt khơng ổn định thường xảy thiết bị làm việc gián đoạn giai đoạn đầu cuối trình liên tục Cịn q trình truyền nhiệt ổn định thường xảy thiết bị làm việc liên tục Trong thực tế thiết bị truyền nhiệt thường làm việc chế độ liên tục, việc nghiên cứu trình truyền nhiệt khơng ổn định nhằm mục đích điều khiển q trình khơng ổn định để đưa trạng thái ổn định, lý thuyết truyền nhiệt khơng ổn định phức tạp Do đó, chương trình xét đến trình truyền nhiệt ổn định Quá trình truyền nhiệt trình chiều, nghĩa nhiệt lượng truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp truyền từ vật sang vật khác hay từ không gian sang không gian khác thường theo phương thức cụ thể tổ hợp nhiều phương thức (truyền nhiệt phức tạp) Các phương thức truyền nhiệt gồm dẫn nhiệt, nhiệt đối lưu, xạ Trong thực hành tiếp cận thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống, trình truyền nhiệt xem truyền nhiệt biến nhiệt ổn định Mục đích thí nghiệm − Sinh viên biết vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van để điều chỉnh lưu lượng, hướng dịng chảy, biết cố xảy cách xử lý tình − Khảo sát q trình truyền nhiệt đun nóng làm nguội gián tiếp dòng qua bề mặt ngăn cách ống lồng ống, ống chùm ống xoắn,… − Tính tốn hiệu suất tồn phần dựa vào cân nhiệt lượng lưu lượng dòng khác − Khảo sát ảnh hưởng chiều chuyển động lên trình truyền nhiệt trường hợp xuôi chiều ngược chiều − Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN thiết bị từ so sánh với kết tính tốn theo lý thuyết KLT Cơ sở lý thuyết Quá trình trao đổi nhiệt dòng lưu chất bề mặt ngăn cách thường gặp lĩnh vực cơng nghiệp hóa chất, thực phẩm, hóa dầu,… Trong nhiệt lượng dịng nóng tỏa dịng lạnh thu vào Mục đích q trình nhằm thực giai đoạn qui trình cơng nghệ, đun nóng, làm nguội, ngưng tụ hay bốc hơi,… Tùy thuộc vào chất trình mà ta bố trí phân bố dòng cho giảm tổn thất, tăng hiệu suất trình Hiệu suất trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tùy thuộc vào cách ta bố trí thiết bị, điều kiện hoạt động,… Trong đó, chiều chuyển động dịng có ý nghĩa quan trọng 1.7 Nhiệt lượng trao đổi hai dòng − Cân lượng dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp: nhiệt lượng dịng nóng tỏa ra: QN = GN.CN.TN (2.1) QL = GL.CL.TL (2.2) − Nhiệt lượng dòng lạnh thu vào: 10 − Nhiệt lượng tổn thất (phần nhiệt lượng mà dịng nóng tỏa dịng lạnh khơng thu vào trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh): Qf = Q N - Q L (2.4) QN = Q L + Q f (2.5) − Cân nhiệt lượng Mặt khác nhiệt lượng trao đổi tính theo cơng thức: Q = K.F.Tlog (2.6) Tính : trường hợp xi chiều (2.7) (2.8) Nếu tỉ số Thì (2.9) Nếu tỉ số Thì (2.10) 110 0.00056 0.00083 0.00111 0.00139 0.00167 1.55.1.2 6.12 5.65 5.33 5.1 4.92 12,632.10-3 25,615.10-3 43,193.10-3 64,819.10-3 90,27.10-3 0.1672 0.2478 0.3313 0.4149 0.4985 Xác định số vô nguyên Bảng 6-53 Xác định số vô nguyên2 G (m3/h) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 3.45 4.31 5.17 6.03 6.89 1.72 2.15 2.58 3.02 3.45 1.15 1.44 1.72 2.01 2.3 0.86 1.08 1.29 1.51 1.72 0.69 0.86 1.03 1.21 1.38 0.57 0.72 0.86 1.01 1.15 L (l/phút) 2,5 3,5 9.91 12.38 14.86 17.34 19.81 *In đậm điểm ngập lụt (được dựa ghi nhận thực nghiệm) Bảng 6-54 Bảng ghi nhận giá trị lưu lượng dịng khí khác lưu lượng dòng lỏng thay đổi đến xuất hiện tượng ngập lụt G (m3/h) -3 3,628.10 12,632.10-3 25,615.10-3 43,193.10-3 6,89 3,02 1,72 0,86 ) -2.44 -1.90 -1.59 -1.36 ) 0,84 0,48 0,24 -0,07 Giản đồ lụt cột chêm Hình 6-17 Điểm lụt tháp đệm theo quan hệ Nhận xét: 7.1.13 7.1.13 7.1.13 7.1.13 111 Đường biểu diễn đồ thị chưa có đường cong giống sở lý thuyết Nguyên nhân ghi nhận điểm ngập lụt thực nghiệm chưa dẫn đến tính tốn điểm ngập lụt lý thuyết sai 112 113 ... khác Cơ sơ lý thuyết 1.1 Khuấy chất lỏng Khuấy chất lỏng hệ lỏng q trình thường gặp cơng nghiệp (nhất cơng nghiệp hóa chất ngành cơng nghiệp tương tự: công nghiệp thực phẩm, công nghiệp luyện kim,... Các lưu ý − Thay chất lỏng khảo sát thấy bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi hôi; − Đảm bảo mức chất lỏng thùng khuấy mức 2/3 chiều cao thùng, không cho chất lỏng vào đầy; − Trước tiến hành thí nghiệm... 4.1.5.Các lưu ý − Thay chất lỏng khảo sát thấy bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi hơi; − Đảm bảo mức chất lỏng thùng khuấy mức 2/3 chiều cao thùng, không cho chất lỏng vào đầy; − Trước tiến hành thí nghiệm