Tải bản đầy đủ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KHUẤY CHẤT LỎNG, khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy mái chèo (không có tấm chặn)

BÀI 1. KHUẤY CHẤT LỎNG
1. Mục đích thí nghiệm.
- Tạo 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,…
- Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt.
- Tăng cường quá trình trao đổi chất như quá trình truyền khối và quá trình hóa học.
2. Cơ sở lí thuyết
2.1. Các dạng cơ cấu khuấy

- Cơ cấu khuấy nhanh gồm cơ cấu khuấy tuabin, cơ cấu khuấy chân vịt,… 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 chân vịt tải có ống hướng và cơ cấu khuấy chân vịt duy trì được dòng
hướng trục.
- Cơ cấu quay chậm gồm các cơ cấu khuấy loại bản, loại tấm, loại mỏ neo và loại khung.
Chủ yếu tạo dòng vòng (dòng chảy tiếp tuyến), nghĩa là chất lỏng quay quanh trục thiết bị.
- Ngoài ra còn có loại cơ cấu khác như cơ cấu khuấy chân động, cơ cấu khuấy cào,..
2.2. Công suất khuấy

Với là chuẩn số công suất khuấy, được xác định theo công suất sau:

Cánh khuấy


A

m

Mái chèo (2 cánh)

14.35

0.31

Chân vịt (2 chân vịt)

0.985

0.15

- Công suất động cơ cho biết năng lượng tiêu hao thực tế cho quá trình khuấy và được
xác định theo công thức:
1


(W)
U: hiệu điện thế (V)
I: cường độ dòng điện (A)
hệ số công suất của dòng điện
- Chuẩn số Reynolds:
n: số vòng quay (vòng/s)
d: đường kính cánh khuấy (m)
v: độ nhớt động học (m2/s)
3. Tiến hành thí nghiệm.
3.1. Thí nghiệm 1: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh
khuấy mái chèo (không có tấm chặn)
3.1.1. Chuẩn bị

- Chuẩn bị nước sạch đến 2/3 thùng khuấy
- Chỉnh nút điều khiển tốc độ về vị trí 0
3.1.2. Các lưu ý

- Thay nước khi thấy nước bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi hôi
- Đảm bảo mức chất lỏng trong thùng khuấy ở mức 2/3 chiều cao thùng, không được cho
chất lỏng vào quá đầy
3.1.3. Tiến hành thí nghiệm

- Bật công tắc động cơ để khởi động cánh khuấy
- Chỉnh tốc độ khuấy từ nhỏ đến lớn
- Ghi nhận tốc độ vòng quay, cường độ dòng điện và hiệu điện thế
3.1.4. Kết thúc thí nghiệm

- Chỉnh nút điều khiển về vị trí 0, lắp tấm chặn để tiến hành thí nghiệm 2

3.2. Thí nghiệm 2: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh
khuấy mái chèo (có tấm chặn)
2


3.2.1. Chuẩn bị

Giống thí nghiệm 1
3.2.2. Các lưu ý

Giống thí nghiệm 1
3.2.3. Tiến hành thí nghiệm

Giống thí nghiệm 1
3.2.4. Kết thúc thí nghiệm

- Chỉnh nút điều khiển về vị trí 0
- Tháo tấm chặn
- Tháo cánh khuấy mái chèo, lắp cánh khuấy chân vịt
3.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại
cánh khuấy chân vịt (không có tấm chặn)
3.3.1. Chuẩn bị

Giống thí nghiệm 1
3.3.2. Các lưu ý

Giống thí nghiệm 1
3.3.3. Tiến hành thí nghiệm

Giống thí nghiệm 1
3.3.4. Kết thúc thí nghiệm

Chỉnh nút điều khiển về vị trí 0, lắp tấm chặn để tiến hành thí nghiệm 4
3.4. Thí nghiệm 4: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh
khuấy chân vịt (có tấm chặn).
3.4.1. Chuẩn bị

Giống thí nghiệm 1
3.4.2. Các lưu ý
3


Giống thí nghiệm 1
3.4.3. Tiến hành thí nghiệm

Giống thí nghiệm 1
3.4.4. Kết thúc thí nghiệm

Chỉnh nút điều khiển về vị trí 0, tháo tấm chặn, thay cánh khuấy mái chèo để kết thúc thí
nghiệm.
4. Kết quả thí nghiệm.
4.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy mái
chèo

Mức
độ
khuấy
1

I
(A)

U
(V)

Tốc độ vòng
quay
(vòng/phút)

0.098

383

39

2

0.109

384

73

3

0.115

384

120

4

0.152

385

150

5

5

0.156

384

169

1

1

0.095

383

40

2

0.103

384

58

3

0.119

384

92

4

0.126

384

127

5

0.131

383

161

Stt

Loại

1
2
3
4

2
3
4

Không
có tấm
chặn

Có tấm
chặn

5

4.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân
vịt.

Stt

Loại

1

Không
có tấm

Mức
độ
khuấy
1

I
(A)

U
(V)

Tốc độ vòng
quay
(vòng/phút)

0.09
8

385

46

4


2

2

0.12
8

383

82

3

3

0.15
1

383

106

4

4

0.17
2

385

131

5

5

0.20
2

385

163

1

1

0.09
2

383

30

2

2

0.112 383

68

3

0.17
2

383

92

4

4

0.19
1

383

114

5

5

0.21
2

383

134

chặn

3

Có tấm
chặn

5. Xử lý số liệu.
5.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy mái
chèo.

Bảng số liệu các thông số ảnh hưởng đến công suất khuấy
Cánh khuấy
A
m
Mái chèo (2 cánh)
14.35
0.31
Các thông số tra ở nhiệt độ 300C ở bảng 43 của bảng tra cứu quá trình thiết bị
cơ học-truyền nhiệt- truyền khối.
ρ (kg/m3)
ν (m2/s)
cosϕ
-6
996
0.81×10
0.9
Cách tính đối với dòng 5 không có tấm chặn
Chuẩn số Reynold đặc trưng cho quá trình sấy:
Chuẩn số công suất khuấy:
Công suất khuấy:
5

D (m)
0.287


Công suất động cơ:
(W)
Bảng kết quả xử lý
Stt

Loại

1
2
3

n
(vòng/s)
0.65
1.22

Không có
tấm chặn

2

4

2.5

5

2.82
0.67
0.97

1
2
3
4
5

5.2.

Có tấm
chặn

1.53
2.12
2.68

Re
66098.58
123722.9
8
203380.2
5
254225.3
1
286427.1
8
67793.42
98300.45
155924.8
6
215244.0
9
272868.5
0

0.460

(W)
0.24

(W)
33.78

0.379

1.32

37.67

0.325

5.04

39.74

0.303

9.18

52.67

0.292

12.65

53.91

0.456
0.407

0.26
0.71

32.75
35.60

0.352

2.46

41.13

0.319

5.87

43.55

0.296

11.10

45.16

Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh
khuấy chân vịt
Bảng số liệu các thông số ảnh hưởng đến công suất khuấy
Cánh khuấy
Chân vịt (2 chân vịt)

A
0.985

m
0.15

Các thông số tra ở nhiệt độ 300C ở bảng 43 của bảng tra cứu quá trình thiết bị
cơ học- truyền nhiệt- truyền khối.
ρ (kg/m3)
ν (m2/s)
cosϕ
-6
996
0.8110
0.9
Cách tính đối với dòng 5 không có tấm chặn
Chuẩn số Reynold đặc trưng cho quá trình sấy:
262946.50
Chuẩn số công suất khuấy:
6

D (m)
0.28


Công suất khuấy:
Công suất động cơ:
(W)
Bảng kết quả xử lý

Stt
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5

Loại

Không có
tấm chặn

Có tấm
chặn

n
(vòng/s)
1.15
1.37
1.77
2.18
2.72
0.5
1.13
1.53
1.9
2.23

Re
74205.76
132279.84
170995.88
211325.10
262946.50
48395.06
109695.47
148411.52
183901.23
216164.61

0.183
0.168
0.162
0.157
0.152
0.195
0.173
0.165
0.160
0.156

(W)
0.14
0.73
1.53
2.79
5.21
0.04
0.43
1.02
1.88
2.98

(W)
33.96
44.12
52.05
59.60
69.99
31.71
38.61
59.29
65.84
73.08

6. Nhận xét.

- Tốc độ vòng quay khi có tấm chặn nhỏ hơn khi không có tấm chặn vì tấm chặn có tác
dụng cản trở dòng lưu chất khi cánh khuấy quay, làm chế độ chế của lưu chất giảm. Do đó
chỉ số ReM cũng sẽ nhỏ theo.
- Do chỉ số ReM tăng dần trên bảng số liệu, vì vậy chuẩn số công suất khuấy K N tuân
theo tỉ lệ nghịch với ReM (trên bảng số liệu).
- Do tốc độ vòng quay càng tăng và KN giảm không đáng kể, vì vậy công suất khuấy N
tuân theo tỉ lệ thuận với tốc độ vòng quay n (trên bảng số liệu).
- Công suất động cơ ta thấy lớn hơn công suất khuấy.
7


7. Trả lời câu hỏi:
7.1.
Ứng dụng quá trình khuấy trong công nghệ hóa học
- Tạo dung dịch huyền phù nhũ tương, tăng cường quá trình hòa tan, truyền nhiệt, chuyển

khối và quá trình hóa học…
- Các quá trình hóa học khuấy trộn để trộn chất lỏng ở trong các thùng chứa lớn khi cần có
sự thông khí nhằm cung cấp oxy cho các phản ứng hóa học hay quá trình lên men.
- Thực hiện quá trình trao đổi nhiệt: kết tinh, trích ly, hấp thụ, điện phân…
- Thực hiện quá trình truyền nhiệt: cô đặc, đun nóng, làm nguội,…
- Thực hiện các quá trình sinh học: xử lý nước thải,…
7.2.
Các loại cánh khuấy
 Cánh khuấy chân vịt
- Ưu điểm:
Tạo ra dòng chảy hướng trục lớn nên có thể rút ngắn thời gian khuấy trộn, hiệu quả cao.
Khá chặt bổ nên có thể khuấy trộn sản phẩm lỏng khó đánh tơi.
- Nhược điểm:
Đòi hỏi cánh khuấy có độ bền cơ học cao.
Cấu tạo phức tạp, giá thành đắt.
 Cánh khuấy mái chèo.
- Ưu điểm:
Cấu tạo đơn giản dễ gia công, thích hợp với chất lỏng có độ nhớt nhỏ.
- Nhược điểm:
Hiệu suất khuấy thấp đối với chất lỏng nhớt, không thích hợp với chất lỏng dễ phân lớp.
7.3.
Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất khuấy:
- Cánh khuấy (dK).
- Độ nhớt (v, ).
- Khối lượng riêng của chất lỏng ().
- Tốc độ cánh khuấy (n).
- Hằng số gia tốc trọng trường (g).

8. Tài liệu tham khảo.
[1]. Nguyễn Bin, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, NXB
KHKT, 2007.
[2]. Sổ tay Quá trình & Thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1 & 2, NXB KHKT, 2012.
[3]. Giáo trình hướng dẫn thực hành Quá Trình và Thiết Bị Hóa Học.

8


BÀI 2. LỌC KHUNG BẢN
1. Mục đích thí nghiệm.
- Thí nghiệm 1: xác định phương trình lọc tương ứng với các giá trị áp suất lọc không
đổi
- Thí nghiệm 2: xác định phương trình lọc tương ứng với các giá trị tốc độ lọc không đổi
2. Cơ sở lí thuyết
2.1. Mục đích quá trình lọc

- Lọc là phân riêng pha liên tục và pha phân tán cùng tồn tại trong một hỗn hợp. Hai pha
có thể là lỏng – khí; rắn – khí; rắn – lỏng hoặc hai pha lỏng không tan lẫn cùng tồn tại trong
hỗn hợp.
2.2. Khái niệm

- Lọc là quá trình được thực hiện để phân riêng các hỗn hợp nhờ một vật ngăn xốp. Một
pha đi qua vật ngăn xốp còn pha kia được giữ lại.
- Trở lực của dòng chảy qua vách ngăn xốp sẽ thay đổi theo thời gian. Khi đó nếu ta giữ
cho áp suất lọc không thay đổi thì lưu lượng nước lọc thu được sẽ giảm.
2.3. Động lực quá trình lọc

- Độ chênh lệch áp suất hai bên vách ngăn lọc được gọi là động lực của quá trình lọc:

2.4. Phương trình lọc
2.4.1. Tốc độ lọc và các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian lọc

- Lượng nước lọc thu được trên một đơn vị diện tích bề mặt vách ngăn lọc trên một đơn
vị thời gian gọi là tốc độ lọc.

Trong đó:
V: thể tích nước lọc thu được, m3
F: diện tích bề mặt vách lọc, m2
thời gian lọc, s
độ nhớt của pha liên tục, Ns/m2
trở lực của bã lọc, l/m
trở lực của vách lọc, l/m
2.4.2. Lọc với áp suất không đổi, const

- Lượng nước lọc riêng là lượng nước lọc thu được trên 1m2 bề mặt vách lọc.

9


- Phương trình lọc với áp suất không đổi:
Trong đó:
là các hằng số lọc.
Vi phân hai vế ta được:
2.4.3. Lọc với tốc độ không đổi, W = const

- Động lực quá trình lọc biến thiên tuyến tính theo thời gian.
Mà:
Vậy:
Trong đó: A, B là hằng số
;
3. Tiến hành thí nghiệm.
3.1. Thí nghiệm 1: lọc với áp suất không đổi ( const)
3.1.1. Chuẩn bị

- Chuẩn bị nước đến 3/4 thùng chứa nhập liệu
- Kiểm tra và lắp đặt khung bản
- Kiểm tra hệ thống van
- Chuẩn bị thùng chứa có vạch định mức
- Kết nối cáp điện của bơm với nguồn điện
3.1.2. Các lưu ý

- Kiểm tra độ kín của hệ thống
- Luôn đảm bảo lượng nước trong thùng nhập liệu không ít hơn 20% thể tích.
3.1.3. Tiến hành thí nghiệm

- Bật công tắc cho bơm hoạt động
- Điều chỉnh van nhập liệu
- Khi thấy lượng nước lọc ra ổn định thì tiến hành thu nước lọc
3.1.4. Kết thúc thí nghiệm

- Tắt bơm
- Chuẩn bị nhập liệu cho thí nghiệm tiếp theo
3.2. Thí nghiệm 2: lọc với tốc độ không đổi
10


3.2.1. Chuẩn bị

Tương tự thí nghiệm 1
3.2.2. Các lưu ý

Tương tự thí nghiệm 1
3.2.3. Tiến hành thí nghiệm

- Bật công tắc cho bơm hoạt động
- Điều chỉnh van xả nước lọc sao cho lưu lượng lọc đạt như mong muốn
- Khi thấy lượng nước lọc ra ổn định thì tiến hành thu nước lọc theo thời gian
3.2.4. Kết thúc thí nghiệm

- Tắt bơm
- Chuẩn bị nhập liệu cho thí nghiệm tiếp theo (nếu cần thiết).
4. Kết quả thí nghiệm.
4.1. Lọc với áp suất không đổi

Stt
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5

Áp suất lọc
(bar)
0.5

0.8

Thể tích nước lọc
(lít)
2
4
6
8
10
2
4
6
8
10

Thời gian lọc
(s)
9
20
32
44
57
9
19
29
40
52

4.2. Lọc với tốc độ không đổi.

Stt
1
2
3
4
5
1

Lưu lượng
(l/h)
300
600

(bar)
1.29
1.29
1.27
1.27
1.27
0.95

2

(kg/cm )
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0
11

Thời gian lọc
(s)
60
120
180
240
300
60


2
3
4
5

0.97
0.97
0.96
0.97

0
0
0
0

120
180
240
300

5. Xử lý số liệu.
5.1. Lọc với áp suất không đổi.
 Cách tính đối với dòng 4 ở P = 0.5
- Bản lọc gồm 9 bản, chiều dài bằng chiều rộng là 20 cm.
- Tiết diện của bản lọc:

-

F = 0.2×0.2×9 = 0.36 (m2)
Mà: 0.0222 (m3/m2)
= - = 44 – 32 = 12 (s)
∆q = – = 0.0222 – 0.0167 = 0.0056 (m3/m2)
= = 2160
Ta có: P = const, ta được phương trình lọc : q2 + 2.C.q = K.τ
Vi phân 2 vế ta được :
2q + 2C = K. 
Đặt Y = ; X = q
Ta được:
Bảng kết quả tính toán với P = 0.5 (bar)
P
(bar)

Stt
1
2
3
4
5

τ
(s)
9
20
32
44
57

V
(l)
2
4
6
8
10

0.5

q
(m3/m2)
0.0056
0.0111
0.0167
0.0222
0.0278

∆τ

∆q

9
11
12
12
13

0.0056
0.0056
0.0056
0.0056
0.0056

1620
1980
2160
2160
2340

Đồ thị
Từ đồ thị suy ra:
Vậy phương trình lọc với P = 0.5 bar: q2 + 0.107q =τ
Bảng kết quả tính toán với P = 0.8 (bar)
Stt
1
2

P
(bar)
0.8

V
(l)

τ
(s)

q
(m /m2)

∆τ

2

9

0.0056

9

4

19

0.0111

10

3

12

∆q
0.005
6
0.005
6

1620
1800


3

6

29

0.0167

10

4

8

40

0.0222

11

5

10

52

0.0278

12

0.005
6
0.005
6
0.005
6

1800
1980
2160

Đồ thị:
Từ đồ thị suy ra:
Vậy phương trình lọc với P = 0.8 bar: q2 + 0.132q =τ
5.2.
Lọc với tốc độ không đổi
 Cách tính đối với dòng 4 ở Q = 300 l/h
- Bản lọc gồm 9 bản, chiều dài bằng chiều rộng là 20 cm.
- Tiết diện của bản lọc F = 0.20.29 = 0.36 (m2)
= 0.00023()
2
Cách đổi :1 bar = 1.02 kg/cm
0.8 kg/cm2 = 0.784 bar
- Biến thiên áp suất: ∆P = = 1.29 – 0.78 = 0.00023 (bar)
Bảng kết quả xử lý
Stt
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5

Q
(l/h)

300

600

P1
(bar)
1.29
1.29
1.28
1.28
1.27
0.95
0.97
0.97
0.96
0.97

∆P =
(bar)
0.506
0.506
0.496
0.496
0.486
0.95
0.97
0.97
0.96
0.97

P2
(bar)
0.784
0.784
0.784
0.784
0.784
0
0
0
0
0

τ
(s)
60
120
180
240
300
60
120
180
240
300

W
(m /m2.s)
0.00023
0.00023
0.00023
0.00023
0.00023
0.00046
0.00046
0.00046
0.00046
0.00046
3

Nhận xét: Từ đồ thị thấy rằng độ biến thiên áp suất ∆� gần như không thay đổi theo thời
gian t.
6. Tài liệu tham khảo

13


[1]. GS. TSKH Nguyễn Bin, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm,
NXB KHKT, 2007.
[2]. Tập thể tác giả, Sổ tay Quá trình & thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1 & 2, NXB KHKT,
2012.

14


BÀI 3. MẠCH LƯU CHẤT
1. Mục đích thí nghiệm
- Thí nghiệm 1: Xác định mối quan hệ giữa tổn thất áp suất do ma sát và vận tốn của
nước chảy bên trong ống trơn và xác định hệ số ma sát f.
- Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục bộ của co, van, đột thu, đột mở.
- Thí nghiệm 3: Xác định hệ số lưu lượng của các dụng cụ đo (màng chắn, ventury, pitô)
để xác định hệ số lưu lượng của chúng và ứng dụng.
2. Phương pháp thí nghiệm.
Cho dòng chảy lưu chất đi qua các thiết bị, vị trí cần khảo sát và điều chỉnh các mức lưu
lượng khác nhau. Đọc tổn thất cột áp tương ứng với từng mức lưu lượng khác nhau tại mỗi
vị trí kchảo sát.

Thiết bị và hóa chất
Stt

Tên gọi

1
2
3

Ống trơn Ø16
Ống trơn Ø21
Ống trơn Ø27
Ống nhám Ø27
(độ nhám e = 1mm)
Ống dẫn

4
5

Màng chắn
16

Ventury
16

Đường kính ngoài
(mm)
16
21
27

Đường kính trong
(mm)
10
15
21

27

19

27

21

Đường kính lỗ (mm)
ống dẫn Pito
Đột thu
25
10

Đột mở
21

3. Kết quả thí nghiệm.
3.1. Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống

15

Co 900
21


Stt
3.2. Thí
Xác định trở

Ống
khảo
sát

1
2
3
4

Ống
Stt
trơn
Ø16

Q
(l/ph)

Tổn thất
áp suất Stt
(mH2O)

2

0.025

1

4

0.076

2

6

0.161

3

8

0.277

4

Ống
khảo
sát
Ống
trơn
Ø27

Q
(l/ph)

Tổn thất
áp suất
(mH2O)

6

0.015

9

0.03

12

0.05

15

0.07

5

1

10

0.402

5

18

0.1

1

2

2

0.004

1

6

0.015

2

4

0.011

2

9

0.045

6

0.022

3

12

0.093

4

3
Ống
4trơn
Ø21
5

8

0.042

4

15

0.148

5

1

10

0.064

5

18

0.2

3

Ống
nhám
Ø27

2
3
4
5

3.3. Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng đựa vào độ chênh áp

Q (m3/s)
0.00010
0.00015
0.00020
0.00025
0.00030

Tổn thất áp suất (mH2O)
Màng chắn
Ventury
0.028
0.028
0.070
0.062
0.122
0.110
0.187
0.163
0.286
0.246

Pito
0.008
0.018
0.032
0.045
0.068

4. Xử lý số liệu
4.1. Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống

Cách tính đối với ống trơn Ø27 dòng 1: D = 0.021m; Q = 0.0001 m3/s
 Vận tốc: = m/s
 Chuẩn số Reynolds: = = 7484.81
16

nghiệm 2:
lục cục bộ

Vị trí
khảo sát
Van 5

Co 900


Trong đó: V vận tốc chuyển động của nước trong ống (m/s)
Khối lượng riêng của nước
độ nhớt động học của nước (m2/s) tra ở nhiệt độ là 300C
D đường kính tương đương D = 0.021 m
 Công thức thực nghiệm xác nghiệm hệ số ma sát ftt:



Khi Re 2300 -chế độ chảy dòng hay chảy tầng:








Khi 2300 Re 4000 -chế độ chảy quá độ:
Khi 4000 Re 100000 -chế độ chảy xoáy ổng nhẵn:
Khi Re -chế độ xoáy ống nhám:
Do Re = 7484.81 nằm trong khoảng 4000 Re 100.000
Nên ftt = = = 0.0334
 Hệ số ma sát lí thuyết: D = 0.021 m; g = 9.81 m/ ; L = 1.2 m


Hf = flt  flt = = = 0.0618
Đối đới các ống còn lại: Thực hiện tương tự như Ống trơn Ø16.
Bảng kết quả

Stt

ống khảo
sát

1
2
3

ống trơn
Ø16

4
5
1
2

ống trơn
Ø21

3

Q (m /s)
0.000033
3
0.000066
7
0.000100
0
0.000133
3
0.000166
7
0.000033
3
0.000066

Tổn thất
áp suất
(mH2O)

V (m/s)

Re

ftt

flt

0.025

0.425

5246.91

0.0370

0.0226

0.076

0.849

0.0304

0.0172

0.161

1.274

0.0273

0.0162

0.277

1.699

0.0254

0.0157

0.402

2.123

0.0240

0.0146

0.004

0.189

3500

0.0411

0.0275

0.011

0.378

7000

0.0340

0.0189

17

10481.4
8
15728.4
0
20975.3
1
26209.8
8


7
0.000100
0
0.000133
3
0.000166
7
0.00010
0.00015

3

0.022

0.566

0.042

0.755

0.064

0.944

0.015
0.03

0.289
0.433

0.00020

0.05

0.577

0.00025

0.07

0.722

5

0.00030

0.1

0.866

1

0.00010

0.015

0.353

2

0.00015

0.045

0.529

0.00020

0.093

0.705

4

0.00025

0.148

0.882

5

0.00030

0.2

1.058

4
5
1
2
3

ống trơn
Ø27

4

3

ống nhám
Ø27

10481.4
8
13981.4
8
17481.4
8
7484.81
11228.52
14969.6
3
18713.3
3
22454.4
4
8273.21
12408.6
4
16546.4
2
20681.8
5
24819.6
3

Đồ Thị

4.2. Thí nghiệm 2: Xác định trở lục cục bộ

Cách tính đối với Đột thu ở dòng 1: = 0.01m;m; Q = 0.0000333 m3/s.
 Vận tốc: = = 0.424 m/s

 Phương trình Bernouly: + Hcb

(Vì hai nhánh áp kế thông với nhau nên )

K = 0.251
18

0.0304

0.0168

0.0281

0.0181

0.0266

0.0176

0.0334
0.0298

0.0618
0.0549

0.0276

0.0515

0.0261

0.0461

0.0249

0.0458

0.0324

0.0375

0.0290

0.0500

0.0269

0.0581

0.0255

0.0591

0.0243

0.0555


Cách tính đối với Đột mở dòng 1: = 0.021m; = 0.01 m; Q = 0.0000333 m3/s
 Vận tốc: = m/s

 Phương trình Bernoulli: + Hcb

(Vì hai nhánh áp kế thông với nhau nên )

K = 22.689

Bảng kết quả

Stt
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5

Ống khảo
sát

Đột thu

Đột mở

3

Q (m /s)
0.0000333
0.0000667
0.0001000
0.0001333
0.0001667
0.0000333
0.0000667
0.0001000
0.0001333
0.0001667

Tổn thất
áp suất
(mH2O)
0.011
0.039
0.084
0.162
0.248
0.002
0.007
0.013
0.025
0.040

(m/s)

(m/s)

Hệ số trở lực
cục bộ K

0.096
0.193
0.289
0.385
0.482
0.424
0.850
1.274
1.698
2.124

0.424
0.850
1.274
1.698
2.124
0.096
0.193
0.289
0.385
0.482

0.251
0.111
0.067
0.154
0.130
22.689
22.148
21.505
21.756
21.833

Cách tính đối với van 5 ở dòng 1 (tương tự như co 900):
 Vận tốc: = m/s
 Phương trình Bernoulli:

Vì hai nhánh áp kế thông với nhau nên
Tiết diện ống trước và sau bằng nhau nên vận tốc dòng chảy trước và sau cũng
bằng nhau:
Từ (1) ta được:
Bảng kết quả
19


Stt
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5

Ống khảo sát

Van 5

Co 900

Tổn thất
áp suất
(mH2O)
0.000250
0.025
0.000242
0.06
0.000233
0.17
0.000208
0.83
0.000175
1.41
0.00010
0.017
0.00015
0.073
0.00020
0.105
0.00025
0.166
0.00030
0.222
Đồ thị:
Q
(m3/s)

(m/s)
0.722
0.699
0.673
0.601
0.506
0.289
0.433
0.578
0.722
0.867

Hệ số trở
lực cục
bộ K
0.941
2.409
7.363
45.109
108.258
3.997
7.629
6.172
6.245
5.800

4.3. Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng đựa vào độ chênh áp
4.3.1. Khảo sát hệ số lưu lượng của màng chắn và ống Ventury.
Bảng khảo sát hệ số lưu lượng của màng chắn và ống Ventury
Q
(m3/s)
0.0001
0
0.0001
5
0.0002
0
0.0002
5
0.0003
0

Tổn thất áp suất
(mH2O)
Màng
Ventury
chắn

d (m)

D (m)

K

Cm

Cv

0.028

0.028

0.549

0.549

0.070

0.062

0.520

0.553

0.122

0.110

0.526

0.554

0.187

0.163

0.531

0.568

0.286

0.246

0.515

0.555

0.528

0.556

0.016

0.021

0.000011

Hệ số trung bình:

Áp dụng phương trình Bernouli ta có mối liên hệ giữa lưu lượng và tổn thất áp suất
qua màng chắn và ống Ventury theo công thức:

20


Đặt = = 0.000011
Khi đó:

 = = = 0.548

Trong đó: C là hệ số hiệu chỉnh. Cm cho màng chắn, Cv cho Ventury
là tổn thát cột áp (Pa)
D là đường kính ống dẫn, D = 0.021 m
d là đường kính thu hẹp, d = 0.016 m
là khối lượng riêng của nước, kg/m3
Bảng lưu lượng thực tế và tính toán của màng chắn và ống Ventury
K
Qtt (m3/s)
0.00010
0.00015
0.00020
0.000011
0.00025
0.00030
Cách tính toán Qlt dòng 1:

Cmtb

Cvtb

0.528

0.556

Qlt(m) (m3/s)
0.0000963
0.0001432
0.0002010
0.0002488
0.0003076

Qlt(v) (m3/s)
0.0001014
0.0001508
0.0002009
0.0002446
0.0003004

Đồ thị

4.3.1. Khảo sát hệ số lưu lượng của ống Pito.
Bảng lưu lượng tính toán qua ống Pitot
Tổn thất áp suất qua
Dpito(m)
Pito (mH2O)
0.00010
0.008
0.00015
0.018
0.00020
0.032
0.025
0.00025
0.045
0.00030
0.068
Cách tính toán lưu lượng lưu chất đi qua ống Pitot Qlt ở dòng 1:
Qtt (m3/s)

= (m3/s)
21

Qlt(pito) (m3/s)
0.000194
0.000292
0.000389
0.000461
0.000567


5. Nhận xét:
- Hệ số ma sát lý thuyết nhỏ hơn hệ số ma sát thực nghiệm khi ống có đường kính nhỏ
(ống Ø16 và Ø21) và khi ống có đường kính lớn thì ngược lại (ống Ø27 cả trơn và nhám).
- Lưu lượng lý thuyết của màng chắn và ông Ventury gần như bằng với lưu lượng thực
tế. Còn đối với ống Pitot thì ngược lại.
6. Tài liệu tham khảo.
[1]. Nguyễn Bin – Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm –
NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1999.
[2]. Phạm Văn Vĩnh – Cơ học chất lỏng ứng dụng – Nhà xuất bản giáo dục, 2000.
[3]. Giáo trình hướng dẫn thực hành Quá Trình và Thiết bị Hóa học – khoa công nghệ hóa –
bộ môn máy thiết bị.

BÀI 4. THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG
1. Mục đích thí nghiệm.
- Sinh viên biết vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van để điều
chỉnh lưu lượng, và hướng dòng chảy, biết những sự cố có thể xảy ra và cách xử lý tình
huống.
- Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng
qua một bề mặt ngăn cách là ống lồng ống, ống chùm và ống xoắn…
- Tính toán hiệu suất toàn phần dựa trên cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng
khác nhau.

22


- Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong hai trường
hợp: ngược chiều và xuôi chiều.
- Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN của thiết bị, từ đó so sánh với kết quả
tính toán lý thuyết KLT.
2. Cơ sở lý thuyết.
- Cân bằng năng lượng khi 2 dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp: Nhiệt lượng do dòng
nóng tỏa ra:
QN = G N C N
- Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:
QL = G L C L
- Nhiệt lượng tổn thất (phẩn nhiệt lượng mà dòng nóng tỏa ra nhưng dòng lạnh không
thu vào được cỏ thể đo trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh):
Qf = Q N Q L
- Cân bằng nhiệt lượng:
QN = Q L + Q f
Mặt khác nhiệt lượng trao đổi cũng có thể tính theo công thức:
Q=KF

(1)

Từ (1) ta thấy nhiệt lượng trao đổi sẽ phụ thuộc vào kích thước thiết bị F, cách bố trí các
dòng . Do thiết bị là phần cứng ta rất khó thay đổi nên có thể xem nhiệt lượng trao đổi trong
trường hợp này phụ thuộc vào cách bố trí dòng chảy.
Ta có các cách bố trí sau:
- Chảy xuôi chiều: lưu thể 1 và 2 chảy song song cùng chiều với nhau
1
23


2
- Chảy ngược chiều: lưu thể 1 và 2 chảy song song nhưng ngược chiều với nhau
1
2

- Chảy chéo dòng: lưu thể 1 và 2 chảy chảy theo phương vuông góc

1
2
- Chảy hỗn hợp: lưu thể 1 chảy theo hướng nào đó còn lưu thể 2 thì có đoạn chảy
cùng chiều có đoạn chảy ngược chiều có đoạn chảy chéo dòng
1
2

1
Tùy vào cách bố trí mà ta có phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit khác
nhau
= =
Trường hợp chảy ngược chiều
Xét trường hợp hai lưu thể chảy ngược chiều dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt, nhiệt độ của lưu
thể nóng giảm, nhiệt độ của lưu thể nguội tăng và đươc biểu diễn như sau:

24


Trường hợp hai lưu thể chảy xuôi chiều
Xét trường hợp hai lưu thể chảy ngược chiều dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt, nhiệt độ của lưu
thể nóng giảm, nhiệt độ của lưu thể nguội tăng và đươc biểu diễn như sau:

Nếu trong quá trình truyề nhiệt mà nhiệt độ của lưu thể ít biển đổi, tức là khi tỷ số < 2 thì
hiệu số nhiệt độ trung bình có thể được tính gần đúng theo trung bình số học

= (khi =

thỉ chỉ công thức này đúng)
Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ trong các quá
trình truyền nhiệt
= 100%

= 100%

=

Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt
25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×