Báo cáo thực hành khuấy chất lỏng | Kỹ Thuật Thực Phẩm 2 | Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

Báo cáo thực hành khuấy chất lỏng môn Kỹ Thuật Thực Phẩm 2 của Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh. Hi vọng tài liệu này sẽ giúp các bạn học tốt, ôn tập hiệu quả, đạt kết quả cao trong các bài thi, bài kiểm tra sắp tới. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài viết dưới đây nhé.

13 7 lượt tải Tải xuống
Chia sẻ Báo cáo tài liệu

Môn: Kỹ thuật thực phâm

Trường: Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

Thông tin:

19 trang 1 tuần trước

Tác giả:

Profile Lê Phương
lOMoARcPSD|44862240
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2
BÁO CÁO THỰC HÀNH
KHUẤY CHẤT LỎNG
* TÓM TẮT:
Quá trình khuấy chất lỏng được ứng nhiều trong các quá trình công nghệ hóa chất, thực
phẩm và môi trường. Khuấy trộn làm tăng tốc độ truyền nhiệt, truyền khối, tăng tốc độ
phản ứng, tạo hệ đồng nhất…
Quá trình khuấy thường được thực hiện trong các ống có dòng chất lỏng chảy qua, trong
các bơm vận chuyển, trên đĩa các tháp tính luyện v.v... cũng như trong các thiết bị khuấy
hoạt động nhờ năng lượng cơ học hoặc nhờ năng lượng của dòng khí nén, Trong khuôn
khổ thi nghiệm này ta nghiên cứu về quá trình khuấy cơ học.
lOMoARcPSD|44862240
Quá trình khuấy cơ học được sử dụng nhằm mục đích
+ 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 v.v…
+ Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt
+ Tăng cường quá trình trao đổi chất như quá trình truyền khối và các quá trình hoá học
Qua bài học này, giúp cho sinh viên có thể hiểu biết hơn về cơ cấu và quá trình hoạt
động của máy khuấy chất lỏng, giúp cho việc vận hành máy được tốt hơn, biết được các
ký hiệu, biết được các thông số hoạt động của máy cũng như các bộ phận có trên máy,
qua đó. Giúp cho sinh viên các nghành kỹ thuật và còn giúp cho sinh viên thuộc các
nghành công nghệ như: công nghệ hoá học, công nghệ thực phẩm có thể biết được quy
trình vận hành của máy, đút kết được nhiều kinh nghiệm để có được kiến thức nền phục
vụ cho công việc sau này được tốt hơn, tạo ra được nhiều sản phẩm hơn để đáp ứng cho
cuộc sống của con người trong tương lai
1.1. Giới thiệu
Quá trình khuấy chất lỏng được ứng nhiều trong các quá trình công nghệ hóa
chất, thực phẩm và môi trường. Khuấy trộn làm tăng tốc độ truyền nhiệt, truyền
khối, tăng tốc độ phản ứng, tạo hệ đồng nhất…
1.2. Mục đích của thí nghiệm
- Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số Re và chuẩn số công suất khuấy, hiệu suất
khuấy
- Khảo sát công suất khuấy trong các điều kiện khác nhau
1.3. Cơ sở lý thuyết
1.3.1. Khuấy chất lỏng
Quá trình khuấy hệ lòng là quá trình rất thường gặp trong công nghiệp (nhất là
công nghiệp hóa chất và những ngành công nghiệp tương tự: công nghiệp thực
phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng, công nghiệp hóa
dược, công nghiệp nhẹ...) và trong đời sống hàng ngày.
lOMoARcPSD|44862240
Quá trình khuấy thường được thực hiện trong các ống có dòng chất lỏng chảy
qua, trong các bơm vận chuyển, trên đĩa các tháp tính luyện v.v... cũng như trong
các thiết bị khuấy hoạt động nhờ năng lượng cơ học hoặc nhờ năng lượng của
dòng khí nén, Trong khuôn khổ thi nghiệm này ta nghiên cứu về quá trình khuấy
cơ học.
1.3.2. Mục đích của khuấy
Qúa trình khuấy cơ học được sử dụng nhằm mục đích
- 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 v.v…
- Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt
- Tăng cường quá trình trao đổi chất như quá trình truyền khối và các quá trình hoá
học
1.3.2.1. Hệ thống của thiết bị khuấy
Thiết bị khuấy gồm có các bộ phận chủ yếu sau: thùng khuấy 7 hình trụ với đáy tròn
(hoặc elip, nón); phía trên đậy nắp Ì4 ghép với than bằng bích 6. Theo đường tâm của
thùng lắp trục khuấy 10 với cánh khuấy 11. Trục khuấy xuyên qua nắp và được bịt kín
bởi hợp đệm 4. Truyền chuyển đọng cho trục khuấy từ động cơ 1 qua hợp giảm tốc 2 để
tạo tốc độ thích hợp cho cánh khuấy. Tháo và lắp trục khuấy thông qua khớp nổi 3.
Thùng khuấy được gắn tay đỡ 8 nhờ bulong lắp vào chân đỡ 9. Thực hiện nhập liệu qua
các cửa 13 trên nắp thiết bị, còn tháo sản phẩm q02 đường 12 dưới đáy. Trên nắp và thân
thiết bị có khi ta bố trí cửa sửa chữa và cửa quan sắt.
lOMoARcPSD|44862240
Một số bộ phận phụ có thêm vào thiết bị khuấy theo yêu cầu là vỏ áo (jacket), thiết bị
đo nhiệt (thermowell)…
1.3.2.2. Các dạng của cơ cấu khuấy
Cơ cầu khuấy thường được chia thàng 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.
Cơ cấu khuấy nhanh gồm cơ cấu khuấy tuabin, cơ cầu khuấy chân vịt,... Cơ cấu khuấy
tuabin kín và cơ câu 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 có thể duy trì
được dòng hướng trục.
Cơ cấu quay nhanh thường làm việc trong thiết bị có tắm chặn. tắm chặn sẽ tạo ra sự
chảy xoáy chất lỏng trong thiết bị và không cho hình thành phiễu
lOMoARcPSD|44862240
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.
Ngoài ra, còn có các loại cơ cấu khác như cơ cầu khuấy chân động, cơ cầu khuấy
cào,....
1.3.2.3. Công suất khuấy (N)
a) Đặc điểm
Công suất khuấy N phụ thuộc vào chế độ, đặc điểm dòng trong hệ thống và vào kích
thước hình dọc của thiết bị. Các chế độ chuyển động của lưu chất là dạng màng, dạng rối
và dạng chuyển tiếp.
Các thông số ảnh hưởng đến công suất khuấy là: những kích thước quan trọng của
thùng chứa và cánh khuấy (d
k
); độ nhớt (v) và khối lượng riêng () của chất lỏng; tốc độ
cánh khuấy n và hằng số gia tốc trọng trường g
N = f (n,D, ,g, …)
N =K
N
.. n
3
. , (W)
Với K
N
là chuẩn số của công suất khuấy (không thứ nguyên), được xác định theo công
thức sau:
K
N
=
Bảng 1.1. thông số A và m của cánh khuấy
Công suất động cơ cho biết năng lượng tiêu hao thực tế cho quá trình khuấy và được xác
định theo công thức sau:
N
dc
= U.I.cos , (W)
Với U: hiệu điện thế (V)
I: cường độ dòng điện (A)
cos hệ số công suất của dòng điện
Cánh khuấy A m
Mái chèo (2 cánh) 14,35 0,31
Chân vịt (2 chân vịt) 0,985 0,15
lOMoARcPSD|44862240
b) Các chỉ tiêu cơ bản để giá quá trình sấy
Mức độ khuấy: là sự phân bố tương hỗ của 2 hoặc nhiều chất sau khi khuấy cả hệ
Cường độ khuấy trộn: ta thường dùng 1 trong các đại lượng sau đây để biểu hiện
cường độ khuấy trộn
+ Số vòng quay n của cánh khuấy
+ Vận tốc vòng v của đầu cánh khuấy
+ Công suất khuấy trộn riêng
+ Chuẩn số Reynolds đặc trưng cho quá trình khuấy
Re
M
=
Trong đó: n: số vòng quay (vòng/s) d:
đường kính của cánh khuấy (m)
v: độ nhớt động học (m
2
/s)
1.4. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
1.4.1. Sơ đồ hệ thống
Hệ thống thiết bị khuấy chất lỏng được thể hiện trong hình dưới đây:
Thùng khuấy có đường kính D=41 cm, cao H=56 cm, cả 2 cánh khuấy máy chèo chân vịt
đều có đường kính d=29 cm.
lOMoARcPSD|44862240
1.4.2. Trang thiết bị hoá chất
- Chất lỏng khảo sát
- Ampe kẹp (APTECH)
1.5. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
1.5.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất đối với
loại cánh khuấy mái chèo (không có tấm chặn)
1.5.1.1. Chuẩn bị
- Chuẩn bị nước sạch đến 2/3 thùng khuấy
- Kiểm tra đúng loại cách khuấy khào sát và tấm chặn
- Chỉnh nút điều khiển tốc độ về vị trí 0
1.5.1.2. Các lưu ý
- Thay chất lỏng khảo sát khi thấy bẩn, nhiều cận 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.
lOMoARcPSD|44862240
- Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặc đúng loại cánh khuấy hay
chưa và tháo tấm chặn hay chưa
- Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0
1.5.1.3. Báo cáo
- Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số Re
M
và chuẩn số công suất khuấy
- Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số Re
M
và hiệu suất khuấy
- Nhận xét về kết quả của thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn
1.5.2. Thí nghiệm 2: Khào sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối
với loại cánh khuấy mái chèo (có tấm chặn)
1.5.2.1. Chuẩn bị
Tương tự thí nghiệm 1
1.5.2.2. Các lưu ý
- Đảm bảo mức chất lỏng trong thùng khuấy ở mức 2/3 chiều cao thùng, không
được cho chất lỏng vào quá đầy.
- Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặc đúng loại cánh khuấy hay
chưa và tháo tấm chặn hay chưa
- Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0
1.5.2.3. Báo cáo
- Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số Re
M
và chuẩn số công suất khuấy
- Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số Re
M
và hiệu suất khuấy
- Nhận xét về kết quả của thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn
- So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại máy
chèo không có tấm chặn
1.5.3. Thí nghiệm 3: Khào sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối
với loại cánh khuấy chân vịt (không có tấm chặn)
1.5.3.1. Chuẩn bị
Tương tự thí nghiệm 1
lOMoARcPSD|44862240
1.5.3.2. Các lưu ý
- Thay chất lỏng khảo sát khi thấy bẩn, nhiều cận 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.
- Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặc đúng loại cánh khuấy hay
chưa và tháo tấm chặn hay chưa
- Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0
1.5.3.3. Báo cáo
- Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số Re
M
và chuẩn số công suất khuấy
- Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số Re
M
và hiệu suất khuấy
- Nhận xét về kết quả của thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn
- So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại máy
chèo không có tấm chặn
1.5.4. Thí nghiệm 4: Khào sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối
với loại cánh khuấy chân vịt (có tấm chặn)
1.5.4.1. Chuẩn bị
Tương tự thí nghiệm 1
1.5.4.2. Các lưu ý
- Đảm bảo mức chất lỏng trong thùng khuấy ở mức 2/3 chiều cao thùng, không
được cho chất lỏng vào quá đầy.
- Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặc đúng loại cánh khuấy hay
chưa và tháo tấm chặn hay chưa
- Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0
1.5.4.3. Báo cáo
- Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số Re
M
và chuẩn số công suất khuấy
- Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số Re
M
và hiệu suất khuấy
- Nhận xét về kết quả của thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn
lOMoARcPSD|44862240
- So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp:
+ Khảo sát cánh khuấy loại máy chèo có tấm chặn
+ Khảo sát cánh khuấy loại chân vịt không có tấm chặn
1.6. BÁO CÁO Thí nghiệm 1 và 2: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến
công suất khuấy đối với loại cánh khuấy mái chèo
6 7
5
5 25
8
38
6
143
lOMoARcPSD|44862240
Thí nghiệm 3 và 4: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy
đối với loại cánh khuấy chân vịt
1.7. Xử lý số liệu
1.7.1. Thí nghiệm 1 và 2: 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
lOMoARcPSD|44862240
Cách tính đối với dòng 1 không có tấm chặn:
Đổi đơn vị: vòng/phút = vòng/s
19 vòng/phút = 0,32 vòng/s
Chuẩn số Reynold đặc trưng cho quá trình sấy:
Re
M
= = = 28271.41
Chuẩn số công suất khuấy:
K
N
= = 0,60
Công suấy khuấy:
N = K
N
= 0,60 1000 0,32
3
= 0,04 (W)
Công suất động cơ:
N
đc
= U I = 389 1 = 2,33 (W)
Hiệu suất khuấy:
H% = 100 = 100 = 1.67 (%)
(kg/m
3
)
d (m)
1000 0,290,000942 1
1
Có tấm
chặn
0.02 0.9123807.50 0.63 2.710.40
0.37 4.66 8.010.462 0.75 65470.63
3 1.73 110109.70 24.831.51 6.080.39
4 1.83 157724.70 3.97 71.980.35 5.52
5 2.38 28271.41 0.32 8.89 8.9299.59
lOMoARcPSD|44862240
1.7.2. Thí nghiệm 3 và 4: 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
Cách tính đối với dòng 1 không có tấm chặn:
Đổi đơn vị: vòng/phút = vòng/s
3 vòng/phút = 0,05 vòng/s
Chuẩn số Reynold đặc trưng cho quá trình sấy:
Re = = = 4463,91
Chuẩn số công suất khuấy:
K
N
= = 0,28
Công suấy khuấy:
N = K
N
= 0,28 1000 0,05
3
= 0,000072 (W)
Công suất động cơ:
N
đc
= U I = 387 1 = 2.322 (W)
Hiệu suất khuấy:
H% = 100 = 100 = 0,0031%
Tính toán tương tự ta có:
Cánh khuấy A m
Chân vịt (2 chân vịt) 0,985 0,15
(kg/m
3
) d (m)
1000 0,290,000942 1
lOMoARcPSD|44862240
* Các đồ thị: Cánh
khuấy mái chèo:
lOMoARcPSD|44862240
có tấm chặn)
0.00 250000.0050000.00 100000.00 150000.00 200000.00
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.60
0.43
0.38
0.34
0.32
Đồồ th chu n sồố Re và chu n sồố cồng suấốt sấốyị ẩ ẩ
Cánh khuấốy mái chèo khồng có tấốm ch n( )ặ
Hình 1:
Đồồ th chun sồố Re và chun sồố cồng suấốt sấyốị ẩ ẩ
(Cánh khuấy mái chèo không
0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
1.67
9.81
5.86
6.48
9.44
Đồồ th chu n sồố Re và chu n sồố Hẩ ẩị
)(Cánh khuấốy mái chéo khồng có tấốm ch nặ
Hình 2:
Đồồ th chun sồố Re và chun sồố H ị ẩ ẩ
(Cánh khuấy mái chéo không có tấm chặn)
lOMoARcPSD|44862240
chắn)
Cánh khuấy chân vịt:
250000.000.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 300000.00
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.63
0.46
0.39
0.35
0.32
0.30
Đồồ th chu n sồố Re và chu n sồố cồng suấốt sấốyị ẩ ẩ
( Cánh khuấốy mái chèo có tấốm chắốn)
Hình 3:
Đồồ th chun sồố Re và chun sồố cồng suấốt sấốyị ẩ ẩ
(Cánh khuấy mái chèo có tấm
0.00 250000.0050000.00 100000.00 150000.00 200000.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
0.91
8.01
6.08
5.52
8.92
Đ th chu n sồố Re và chu n sồố Hộ ị ẩ ẩ
( ch n)Cánh khuấyố mái chéo có tấmốặ
Hình 4:
Đ th chun sồố Re và chun sồố H ộ ị ẩ ẩ
(Cánh khuấy mái chéo có tấm chặn)
lOMoARcPSD|44862240
tấm chắn)
0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.28
0.19
0.17
0.16
0.16
Đồồ th chu n sồố Re và chu n sồố cồng suấtố sấyốị ẩ ẩ
chắnố
)
Cánh khuấyố chấn v t khồng có tấmố( ị
Hình 5:
Đồồ th chun sồố Re và chun sồố cồng suấốt sấyốị ẩ ẩ
(Cánh khuấy chân vịt không có
250000.00200000.000.00 50000.00 100000.00 150000.00
0.0000
0.5000
1.0000
1.5000
2.0000
2.5000
3.0000
3.5000
4.0000
4.5000
5.0000
0.0031
2.5623
2.5521
3.1221
4.3634
Đ th chu n sồố Re và chu n sồố Hịộ ẩ ẩ
Cánh khuấyố chấn v t khồng có tấmố( ch n)ị ặ
Hình 6:
Đ th chun sồố Re và chun sồố H (Cánh khuấyố chấn vt khồng có tấốm chn)ộ ị ẩ ẩ ị ặ
lOMoARcPSD|44862240
chặn)
1.8. Nhận xét, bàn luận:
20000.00 40000.00 60000.00 80000.00 100000.00120000.00140000.00160000.00180000.00200000.00
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.21
0.19
0.17
0.17
0.16
Đồồ th chu n sồố Re và chu n sồố cồng suấtố sấyốẩ ẩị
( Cánh khuấyố chấn v t có tấmố chắnố
)
ị
Hình 7:
Đ th chun sồố Re và chun sồố cồng suấốt sấốyộ ị ẩ ẩ
(Cánh khuấy chân vịt có tấm
Hình 8:
Đ th chun sồố Re và chun sồố H ẩẩịộ
)Cánh khuấy chân vịt có tấm chặn(
80000.00 100000.00120000.00140000.00160000.00180000.00200000.0040000.0020000.00 60000.00
0.0000
0.5000
1.0000
1.5000
2.0000
2.5000
3.0000
3.5000
0.5909
3.2427
2.7108
2.2807
3.3208
Đ th chu n sồố Re và chu n sồố Hịộ ẩẩ
Cánh khuấyố chấn v t có tấmố( ch n)ị ặ
lOMoARcPSD|44862240
- Tốc độ vòng quay khi có tấm chặn lớn hơn khi không có tấm chặn, làm chế độ
của lưu chất tăng, do đó chỉ số Re
M
cũng sẽ tăng theo.
- Công suất động cơ ta thấy lớn hơn công suất khuấy theo thời gian
- Do chỉ số Re
M
tăng dần trên bảng số liệu,Re
M
tỉ lệ nghịch K
N
vì vậy chuẩn số công
suất khuấy K
N
cảng giảm.
- 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 .
- Chuẩn số Re và công suất H% tăng dần tỉ lệ thuận theo thời gian.
| 1/19
| | Tải xuống

Có thể bạn quan tâm:

Preview text:

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2

BÁO CÁO THỰC HÀNH

KHUẤY CHẤT LỎNG

* TÓM TẮT:

Quá trình khuấy chất lỏng được ứng nhiều trong các quá trình công nghệ hóa chất, thực phẩm và môi trường. Khuấy trộn làm tăng tốc độ truyền nhiệt, truyền khối, tăng tốc độ phản ứng, tạo hệ đồng nhất…

Quá trình khuấy thường được thực hiện trong các ống có dòng chất lỏng chảy qua, trong các bơm vận chuyển, trên đĩa các tháp tính luyện v.v... cũng như trong các thiết bị khuấy hoạt động nhờ năng lượng cơ học hoặc nhờ năng lượng của dòng khí nén, Trong khuôn khổ thi nghiệm này ta nghiên cứu về quá trình khuấy cơ học.

Quá trình khuấy cơ học được sử dụng nhằm mục đích

+ 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 v.v…

+ Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt

+ Tăng cường quá trình trao đổi chất như quá trình truyền khối và các quá trình hoá học

Qua bài học này, giúp cho sinh viên có thể hiểu biết hơn về cơ cấu và quá trình hoạt động của máy khuấy chất lỏng, giúp cho việc vận hành máy được tốt hơn, biết được các ký hiệu, biết được các thông số hoạt động của máy cũng như các bộ phận có trên máy, qua đó. Giúp cho sinh viên các nghành kỹ thuật và còn giúp cho sinh viên thuộc các nghành công nghệ như: công nghệ hoá học, công nghệ thực phẩm có thể biết được quy trình vận hành của máy, đút kết được nhiều kinh nghiệm để có được kiến thức nền phục vụ cho công việc sau này được tốt hơn, tạo ra được nhiều sản phẩm hơn để đáp ứng cho cuộc sống của con người trong tương lai

1.1. Giới thiệu

Quá trình khuấy chất lỏng được ứng nhiều trong các quá trình công nghệ hóa chất, thực phẩm và môi trường. Khuấy trộn làm tăng tốc độ truyền nhiệt, truyền khối, tăng tốc độ phản ứng, tạo hệ đồng nhất…

1.2. Mục đích của thí nghiệm

  • Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số Re và chuẩn số công suất khuấy, hiệu suất khuấy
  • Khảo sát công suất khuấy trong các điều kiện khác nhau

1.3. Cơ sở lý thuyết

1.3.1. Khuấy chất lỏng

Quá trình khuấy hệ lòng là quá trình rất thường gặp trong công nghiệp (nhất là công nghiệp hóa chất và những ngành công nghiệp tương tự: công nghiệp thực phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng, công nghiệp hóa dược, công nghiệp nhẹ...) và trong đời sống hàng ngày.

Quá trình khuấy thường được thực hiện trong các ống có dòng chất lỏng chảy qua, trong các bơm vận chuyển, trên đĩa các tháp tính luyện v.v... cũng như trong các thiết bị khuấy hoạt động nhờ năng lượng cơ học hoặc nhờ năng lượng của dòng khí nén, Trong khuôn khổ thi nghiệm này ta nghiên cứu về quá trình khuấy cơ học.

1.3.2. Mục đích của khuấy

Qúa trình khuấy cơ học được sử dụng nhằm mục đích

  • 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 v.v…
  • Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt
  • Tăng cường quá trình trao đổi chất như quá trình truyền khối và các quá trình hoá học

1.3.2.1. Hệ thống của thiết bị khuấy

Thiết bị khuấy gồm có các bộ phận chủ yếu sau: thùng khuấy 7 hình trụ với đáy tròn

(hoặc elip, nón); phía trên đậy nắp Ì4 ghép với than bằng bích 6. Theo đường tâm của thùng lắp trục khuấy 10 với cánh khuấy 11. Trục khuấy xuyên qua nắp và được bịt kín bởi hợp đệm 4. Truyền chuyển đọng cho trục khuấy từ động cơ 1 qua hợp giảm tốc 2 để tạo tốc độ thích hợp cho cánh khuấy. Tháo và lắp trục khuấy thông qua khớp nổi 3. Thùng khuấy được gắn tay đỡ 8 nhờ bulong lắp vào chân đỡ 9. Thực hiện nhập liệu qua các cửa 13 trên nắp thiết bị, còn tháo sản phẩm q02 đường 12 dưới đáy. Trên nắp và thân thiết bị có khi ta bố trí cửa sửa chữa và cửa quan sắt.

Một số bộ phận phụ có thêm vào thiết bị khuấy theo yêu cầu là vỏ áo (jacket), thiết bị đo nhiệt (thermowell)…

1.3.2.2. Các dạng của cơ cấu khuấy

Cơ cầu khuấy thường được chia thàng 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.

Cơ cấu khuấy nhanh gồm cơ cấu khuấy tuabin, cơ cầu khuấy chân vịt,... Cơ cấu khuấy tuabin kín và cơ câu 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 có thể duy trì được dòng hướng trục.

Cơ cấu quay nhanh thường làm việc trong thiết bị có tắm chặn. tắm chặn sẽ tạo ra sự chảy xoáy chất lỏng trong thiết bị và không cho hình thành phiễu

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.

Ngoài ra, còn có các loại cơ cấu khác như cơ cầu khuấy chân động, cơ cầu khuấy cào,....

1.3.2.3. Công suất khuấy (N)

a) Đặc điểm

Công suất khuấy N phụ thuộc vào chế độ, đặc điểm dòng trong hệ thống và vào kích thước hình dọc của thiết bị. Các chế độ chuyển động của lưu chất là dạng màng, dạng rối và dạng chuyển tiếp.

Các thông số ảnh hưởng đến công suất khuấy là: những kích thước quan trọng của thùng chứa và cánh khuấy (dk); độ nhớt (v) và khối lượng riêng () của chất lỏng; tốc độ cánh khuấy n và hằng số gia tốc trọng trường g

N = f (n,D, ,g, …)

N =KN.. n3. , (W)

Với KN là chuẩn số của công suất khuấy (không thứ nguyên), được xác định theo công thức sau:

KN =

Cánh khuấy

A

m

Mái chèo (2 cánh)

14

,

35

0

,

31

Chân vịt (2 chân vịt)

0,985

0

,

15

Bảng 1.1. thông số A và m của cánh khuấy

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

Ndc = U.I.cos , (W)

Với U: hiệu điện thế (V) I: cường độ dòng điện (A)

cos hệ số công suất của dòng điện

b) Các chỉ tiêu cơ bản để giá quá trình sấy

Mức độ khuấy: là sự phân bố tương hỗ của 2 hoặc nhiều chất sau khi khuấy cả hệ

Cường độ khuấy trộn: ta thường dùng 1 trong các đại lượng sau đây để biểu hiện cường độ khuấy trộn

+ Số vòng quay n của cánh khuấy

+ Vận tốc vòng v của đầu cánh khuấy

+ Công suất khuấy trộn riêng

+ Chuẩn số Reynolds đặc trưng cho quá trình khuấy

ReM = Trong đó: n: số vòng quay (vòng/s) d: đường kính của cánh khuấy (m)

v: độ nhớt động học (m2/s)

1.4. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM

1.4.1. Sơ đồ hệ thống

Hệ thống thiết bị khuấy chất lỏng được thể hiện trong hình dưới đây:

Thùng khuấy có đường kính D=41 cm, cao H=56 cm, cả 2 cánh khuấy máy chèo chân vịt đều có đường kính d=29 cm.

1.4.2. Trang thiết bị hoá chất

  • Chất lỏng khảo sát
  • Ampe kẹp (APTECH)

1.5. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1.5.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất đối với loại cánh khuấy mái chèo (không có tấm chặn)

1.5.1.1. Chuẩn bị

  • Chuẩn bị nước sạch đến 2/3 thùng khuấy
  • Kiểm tra đúng loại cách khuấy khào sát và tấm chặn
  • Chỉnh nút điều khiển tốc độ về vị trí 0

1.5.1.2. Các lưu ý

  • Thay chất lỏng khảo sát khi thấy bẩn, nhiều cận 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.
  • Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặc đúng loại cánh khuấy hay chưa và tháo tấm chặn hay chưa
  • Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0

1.5.1.3. Báo cáo

  • Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và chuẩn số công suất khuấy
  • Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và hiệu suất khuấy
  • Nhận xét về kết quả của thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn

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

1.5.2.1. Chuẩn bị

Tương tự thí nghiệm 1

1.5.2.2. Các lưu ý

  • Đảm bảo mức chất lỏng trong thùng khuấy ở mức 2/3 chiều cao thùng, không được cho chất lỏng vào quá đầy.
  • Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặc đúng loại cánh khuấy hay chưa và tháo tấm chặn hay chưa
  • Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0

1.5.2.3. Báo cáo

  • Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và chuẩn số công suất khuấy
  • Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và hiệu suất khuấy
  • Nhận xét về kết quả của thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn
  • So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại máy chèo không có tấm chặn

1.5.3. Thí nghiệm 3: Khào sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân vịt (không có tấm chặn)

1.5.3.1. Chuẩn bị

Tương tự thí nghiệm 1

1.5.3.2. Các lưu ý

  • Thay chất lỏng khảo sát khi thấy bẩn, nhiều cận 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.
  • Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặc đúng loại cánh khuấy hay chưa và tháo tấm chặn hay chưa
  • Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0

1.5.3.3. Báo cáo

  • Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và chuẩn số công suất khuấy
  • Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và hiệu suất khuấy
  • Nhận xét về kết quả của thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn
  • So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại máy chèo không có tấm chặn

1.5.4. Thí nghiệm 4: Khào sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân vịt (có tấm chặn)

1.5.4.1. Chuẩn bị

Tương tự thí nghiệm 1

1.5.4.2. Các lưu ý

  • Đảm bảo mức chất lỏng trong thùng khuấy ở mức 2/3 chiều cao thùng, không được cho chất lỏng vào quá đầy.
  • Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặc đúng loại cánh khuấy hay chưa và tháo tấm chặn hay chưa
  • Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0

1.5.4.3. Báo cáo

  • Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và chuẩn số công suất khuấy
  • Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và hiệu suất khuấy
  • Nhận xét về kết quả của thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn
  • So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp:

+ Khảo sát cánh khuấy loại máy chèo có tấm chặn

+ Khảo sát cánh khuấy loại chân vịt không có tấm chặn

1.6. BÁO CÁO Thí nghiệm 1 và 2: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy mái chèo

6

7

5

5

25

8

38

6

143

Thí nghiệm 3 và 4: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại cánh khuấy chân vịt

1.7. Xử lý số liệu

1.7.1. Thí nghiệm 1 và 2: 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

(kg/m

3

)

d (m)

1000

0

,

29

0,000942

1

Cách tính đối với dòng 1 không có tấm chặn:

Đổi đơn vị: vòng/phút = vòng/s

19 vòng/phút = 0,32 vòng/s

Chuẩn số Reynold đặc trưng cho quá trình sấy:

ReM = = = 28271.41

Chuẩn số công suất khuấy:

KN = = 0,60

Công suấy khuấy:

N = KN = 0,60 1000 0,323 = 0,04 (W)

Công suất động cơ:

Nđc = U I = 389 1 = 2,33 (W) Hiệu suất khuấy:

H% = 100 = 100 = 1.67 (%)

1

Có tấm

chặn

0.02

0.91

23807.50

0.63

2.71

0.40

0.37

4.66

8.01

0.46

2

0.75

65470.63

3

1.73

110109.70

24.83

1.51

6.08

0.39

4

1.83

157724.70

3.97

71.98

0.35

5.52

5

2.38

28271.41

0.32

8.89

8.92

99.59

1.7.2. Thí nghiệm 3 và 4: 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

A

m

Chân vịt (2 chân vịt)

0,985

0

,

15

(kg/m

3

)

d (m)

1000

0

,

29

0,000942

1

Cách tính đối với dòng 1 không có tấm chặn:

Đổi đơn vị: vòng/phút = vòng/s

3 vòng/phút = 0,05 vòng/s

Chuẩn số Reynold đặc trưng cho quá trình sấy:

Re = = = 4463,91

Chuẩn số công suất khuấy:

KN = = 0,28

Công suấy khuấy:

N = KN = 0,28 1000 0,053 = 0,000072 (W)

Công suất động cơ:

Nđc = U I = 387 1 = 2.322 (W) Hiệu suất khuấy:

H% = 100 = 100 = 0,0031%

Tính toán tương tự ta có:

* Các đồ thị: Cánh khuấy mái chèo:

0.00

250000.00

50000.00

100000.00

150000.00

200000.00

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.60

0.43

0.38

0.34

0.32

Đồồ th chu n sồố Re và chu n sồố cồng suấốt sấốy

ị

ẩ

ẩ

Cánh khuấốy mái chèo khồng có tấốm ch n

(

)

ặ

Hình 1:

Đồồ th chun sồố Re và chun sồố cồng suấốt sấyố

ị

ẩ

ẩ

(

Cánh khuấy mái chèo không

có tấm chặn)

0.00

50000.00

100000.00

150000.00

200000.00

250000.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

1.67

9.81

5.86

6.48

9.44

Đồồ th chu n sồố Re và chu n sồố H

ẩ

ẩ

ị

)

(

Cánh khuấốy mái chéo khồng có tấốm ch n

ặ

Hình 2:

Đồồ th chun sồố Re và chun sồố H

ị

ẩ

ẩ

(

Cánh khuấy mái chéo không có tấm chặn

)

250000.00

0.00

50000.00

100000.00

150000.00

200000.00

300000.00

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.63

0.46

0.39

0.35

0.32

0.30

Đồồ th chu n sồố Re và chu n sồố cồng suấốt sấốy

ị

ẩ

ẩ

(

Cánh khuấốy mái chèo có tấốm chắốn

)

Hình 3:

Đồồ th chun sồố Re và chun sồố cồng suấốt sấốy

ị

ẩ

ẩ

(

Cánh khuấy mái chèo có tấm

chắn)

0.00

250000.00

50000.00

100000.00

150000.00

200000.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

0.91

8.01

6.08

5.52

8.92

Đ th chu n sồố Re và chu n sồố H

ộ

ị

ẩ

ẩ

(

ch n)

Cánh khuấyố mái chéo có tấmố

ặ

Hình 4:

Đ th chun sồố Re và chun sồố H

ộ

ị

ẩ

ẩ

(

Cánh khuấy mái chéo có tấm chặn

)

Cánh khuấy chân vịt:

0.00

50000.00

100000.00

150000.00

200000.00

250000.00

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.28

0.19

0.17

0.16

0.16

Đồồ th chu n sồố Re và chu n sồố cồng suấtố sấyố

ị

ẩ

ẩ

chắnố )

Cánh khuấyố chấn v t khồng có tấmố

(

ị

Hình 5:

Đồồ th chun sồố Re và chun sồố cồng suấốt sấyố

ị

ẩ

ẩ

(

Cánh khuấy chân vịt không có

tấm chắn)

250000.00

200000.00

0.00

50000.00

100000.00

150000.00

0.0000

0.5000

1.0000

1.5000

2.0000

2.5000

3.0000

3.5000

4.0000

4.5000

5.0000

0.0031

2.5623

2.5521

3.1221

4.3634

Đ th chu n sồố Re và chu n sồố H

ị

ộ

ẩ

ẩ

Cánh khuấyố chấn v t khồng có tấmố

(

ch n)

ị

ặ

Hình 6:

Đ th chun sồố Re và chun sồố H (Cánh khuấyố chấn vt k

hồng có tấốm chn)

ộ

ị

ẩ

ẩ

ị

ặ

20000.00

40000.00

60000.00

80000.00

100000.00120000.00140000.00160000.00180000.00200000.00

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.21

0.19

0.17

0.17

0.16

Đồồ th chu n sồố Re và chu n sồố cồng suấtố sấyố

ẩ

ẩ

ị

(

Cánh khuấyố chấn v t có tấmố

chắnố )

ị

Hình 7:

Đ th chun sồố Re và chun sồố cồng suấốt sấốy

ộ

ị

ẩ

ẩ

(

Cánh khuấy chân vịt có tấm

chặn)

Hình 8:

Đ th chun sồố Re và chun sồố H

ẩ

ẩ

ị

ộ

)

Cánh khuấy chân vịt có tấm chặn

(

80000.00

100000.00120000.00140000.00160000.00180000.00200000.00

40000.00

20000.00

60000.00

0.0000

0.5000

1.0000

1.5000

2.0000

2.5000

3.0000

3.5000

0.5909

3.2427

2.7108

2.2807

3.3208

Đ th chu n sồố Re và chu n sồố H

ị

ộ

ẩ

ẩ

Cánh khuấyố chấn v t có tấmố

(

ch n)

ị

ặ

1.8. Nhận xét, bàn luận:

  • Tốc độ vòng quay khi có tấm chặn lớn hơn khi không có tấm chặn, làm chế độ của lưu chất tăng, do đó chỉ số ReM cũng sẽ tăng theo.
  • Công suất động cơ ta thấy lớn hơn công suất khuấy theo thời gian
  • Do chỉ số ReM tăng dần trên bảng số liệu,ReM tỉ lệ nghịch KN vì vậy chuẩn số công suất khuấy KN cảng giảm.
  • 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 .
  • Chuẩn số Re và công suất H% tăng dần tỉ lệ thuận theo thời gian.