Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò
40
BAØI 7. KHUAÁY CHAÁT LOÛNG
I. MUÏC ÑÍCH THÍ NGHIEÄM.
Khảo sát giản đồ công suất khuấy của một hệ thống khuấy đơn giản.:
II. CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT.
2.1. Khuấy chất lỏng.
Quá trình khuấy hệ lỏng là quá trình rất thường gặp trong công nghiệp (nhất
là công nghiệp hoá chất và những ngành công nghiệp tương tự: công nghiệp thực
phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng, công nghiệp hoá
dược, công nghiệp nhẹ v.v...) và trong đời sống hàng ngày.
Quá trình khuấy có thể được thực hiện trong các ống có dòng chất lỏng chảy qua,
trong các bơm vận chuyển, trên đĩa các tháp tinh luyện v.v... cũng như trong các
thiết bị khuấy hoạt động nhờ năng lượng cơ học đưa vào qua cơ cấu khuấy hoặc nhờ
năng lượng của dòng khí nén. Trong khuôn khổ bài thí nghiệm này chúng ta nghiên
cứu về quá trình khuấy cơ học.
2.2 Mục đích của khuấy.
Quá trình khuấy cơ học
được sử dụng nhằm mục
đích:
- 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 v.v...
-Tăng cường quá trình
trao đổi nhiệt.
Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò
41
-Tăng cường quá trình trao đổi chất bao gồm quá trình truyền khối và quá trình
hoá học
2.3 Hệ thống thiết bị khuấy:
2.3.1. Mô tả thiết bị:
Chất lỏng thường được khuấy trong một thùng chứa hình trụ tròn. Đỉnh của thùng
chứa có thể che kín hoặc để thông với không khí. Lượng chất lỏng trong thùng chứa
có chiều cao thường là bằng đường kính của thùng. Một hoặc nhiều cánh khuấy .
được lắp vào một trục khuấy, trục khuấy quay được do một motor (motor điện đôi
khi gắn trực tiếp nhưng thường thìđược gắn vào một bộ giảm tốc (speed reducer).
Một số bộ phận phụ có thêm vào thiết bị khuấy theo yêu cầu là vỏ áo (jacket), thiết
bị đo nhiệt (thermowell) v.v...
2.3.2. Các dạng cơ cấu khuấy:
Cơ cấu khuấy thường được chia thành cơ cấu khuấy chậm và quay nhanh. Ngoài
ra còn có thể phân chia thành 2 loại cơ cấu khuấy: hướng kính và hướng trục.
a) Cơ cấu khuấy nhanh gồm cơ cấu khuấy tuabin, cơ cấu khuấy chân vịt v.v... Cơ
cấu khuấy tuabin kín và cơ cấu khuấy tuabin hở với cánh thẳng hoặc cánh cong
đều tạo dòng hướng kính. Cơ cấu khuấy vít tải có ống hướng và cơ cấu khuấy
chân vịt có thể duy trìđược dòng hướng trục.
Cơ cấu quay nhanh thường làm việc trong thiết bị có tấm chặn. tấm chặn sẽ tạo
ra sự chảy xoáy chất lỏng trong thiết bị và không cho hình thành phễu
b) Loại quay chậm gồm các cơ cấu khuấy loại bản, loại tấm, loại mỏ neo và loại
khung. Chúng chủ yếu tạo ra dòng vòng (dòng chảy tiếp tuyến), có nghĩa là chất
lỏng quay quanh trục thiết bị.
c) Ngoài ra, còn có các loại cơ cấu khác như cơ cấu khuấy chấn động, cơ cấu khuấy
cào, v.v...
2.4. Công suất khuấy P:
2.4.1. Đặc điểm:
Công suất khuấy P phụ thuộc vào chế độ, đặc tính dòng trong hệ thống và vào
kích thước hình học của thiết bị. Các chế độ chuyển động của lưu chất là dạng
màng, dạng rối và dạng chuyển tiếp.
Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò
42
Các thông số ảnh hưởng đến công suất khuấy là: những kích thước quan trọng của
thùng chứa và cánh khuấy; độ nhớt µ và khối lượng riêng chất lỏng ρ; tốc độ cánh
khuấy n và hằng số gia tốc trọng trường g.
P=f(n,Da,g,µ,g,ρ)
2.4.2. Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá quá trình khuấy:
a) Mức độ khuấy:
Là sự phân bố tương hỗ của hai hoặc nhiều chất sau khi khuấy cả hệ.
b) Cường độ khuấy trộn:
Người ta thường dùng một trong các đại lượng sau đây để biểu thị cường độ
khuấy trộn:
- Số vòng quay n của cánh khuấy.
- Vận tốc vòng v của đầu cánh khuấy.
- Chuẩn số Reynolds Rek=nd2/ν đặc trưng cho quá trình khuấy.
- Công suất khuấy trộn riêng.
III. THIEÁT BÒ THÍ NGHIEÄM
3.1. Thiết bị thí nghiệm bao gồm.
- Hệ thống khuấy đơn giản.
- Bộ điều khiển điện.
3.2. Phương pháp tiến hành thí nghiệm.
1) Cho chất lỏng vào hệ thống (nước).
2) Bật công tắc điện của hệ thống.
3) Áp đặt tốc độ vòng quay của trục khuấy với các giá trị 300, 500, 700,
900(rpm: vòng/phút).
4) Ứng với mỗi giá trị tốc độ ghi lại các thông số cường độ và điện thế.
IV. PHUÙC TRÌNH
4.1. Kết quả ño:
Ghi kết quả đo trực tiếp và suy dẫn theo bảng kê sau:
Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò
43
TN
Số vòng quay n
(rpm)
Cường độ
(A)
Điện thế
(V)
Công suất
(kW)
Re
1
300
2
500
3
700
4
900
4.2- Đồ thị:
Xây dựng giản đồ công suất khuấy của khuấy bản theo chế độ dòng P = f(Re).
4.3- Bàn luận:
- Nhận xét về vai trò, ảnh hưởng của tấm chặn? Khi nào dùng tấm chặn?
- Tìm hiểu về các loại cánh khuấy hiện có: nêu tên, vẽ hình, phân loại.
-Ứng dụng của thiết bị khuấy trong ngành công nghiệp là như thế nào? Cho nhận
xét?
- Nhận xét về mối liên hệ P = f(Re).
V. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO.
1. Mc Cabe, W.L& Smith “ Unit operations of Chemical Engineering”, Mc Graw
Hill.
2. Nguyễn Minh Tuyển “Các máy khuấy trộn trong công nghiệp”.
3. Nguyễn Văn Lụa “Giáo trình QT & TB, tập 1, quyển 1”, ĐHBK Tp.HCM
Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò
44
Sơ đồ thiết bị thí nghiệm
1. Động cơ điện
2. Hộp giảm tốc
3. Bản khuấy 15×15, cm
4. Trục khuấy
5. Thùng khuấy (H = 40 cm; D = 40 cm)
6. Bộ điều khiển
7. Đồng hồ tốc độ vòng quay của trục
8. Điện thế
9. Cường độ
BAØI 8.. LOÏC KHUNG BAÛN