Khái niệm và phân tách hệ không đồng nhất môn Công nghệ sinh học | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

T.Thành
Câu 1: Thế nào là hệ không đồng nhất, lấy 1 số ví dụ trong thực tế và trong công nghệ sinh học, Công
nghệ Thực phẩm Trả lời:
- Hệ không đồng nhất là hỗn hợp tồn tại hai pha dị thể VD: Khí-rắn, Lỏng-lỏng, lỏng-rắn,…Gồm 2
pha: pha phân tán và pha liên tục.
- Vd trong CNSHvàCNTP: bụi từ các nhà máy chế biến ngũ cốc, hệ thống nghiền nguyên liệu, dịch
nuôi cấy vi sinh vật, sữa,…
- Pha phân tán là pha gồm các hạt nhỏ phân tán vào môi trường phân tán (pha liên tục)
- Pha liên tục là gồm các phần tử bao quanh các phần tử của pha phân tán, hoặc để các khe hổng
cho cha pha phân tán đi vào.
Câu 2: Nguyên tắc để phân riêng hệ không đồng nhất là gì, lấy ví dụ? Trả lời:
- Nguyên tắc: Phân riêng tách lấy một trong hai pha: có giá trị hoặc có nguy cơ xâm hại đến môi
trường hoặc để tiếp tục cho công đoạn sản xuất,..dựa trên các tính chất hóa lý của nó.
- VD: Phân tách bụi trong trong khí có thể tách nhờ vào kích thước hạt, mỗi hạt đều có kích thước
khác nhau, tạo ra các lỗ có kích thức với hạt cần lấy, cho đi qua sẽ tách được thành hai phần. Một
phần kích thước hạt lớn, một phần kích thước hạt bé. Nếu cần tách tiếp theo kích thước hạt thì lại
làm màng lọc với kích thước cần tương ứng.
Câu 3: Đối với dịch nuôi sinh khối vi sinh vật, có thể dùng các biện pháp nào để phân riêng sinh
khối ra khỏi dịch một cách hiệu quả. Trả lời:
Do phân riêng sinh khối ra khỏi dịch là phân tách hệ rắn lỏng nên ta có các cách sau: - Lắng.
Là biện pháp để trong một thời gian dài (hoặc có thêm chất trợ lắng) sau đó sinh khối sẽ lắng xuống phía dưới.
+ Ưu điểm: Rẻ, thiết bị là thiết bị nuôi cấy hoặc bảo quản (ống effendoft, pancol,…) +
Nhược điểm: Thời gian lâu, hiệu quả tách rất thấp. - Ly Tâm.
Là biện pháp dùng lực quay nhanh ly tâm phân tách các phần tử theo khối lượng, khối lượng càng
lớn thì càng văng xa, từ đó phân thành các lớp chất riêng biệt.
+ Ưu điểm: Độ tách, chính xác, hiệu quả cao, cần thời gian ngắn.
+ Nhược điểm: Thiết bị chuyên dụng khá đắt; phục vụ chủ yếu quy mô PTN; cần độ chính xác
cao trong thao tác cân đối trọng không sẽ hỏng thiết bị. - Lọc.
Là biện pháp qua màng có kích thước nhỏ lọc lấy dịch phía dưới và các phân tử lớn sẽ được ở phía trên bề mặt lọc. + Ưu: hiệu quả cao.
+ Nhược: hiệu quả tách phân tử lớn sau lọc hơi khó, chỉ thu dịch hiệu quả.
Câu 4: Cyclon là gì? Cấu tạo thế nào? Có thể ứng dụng như thế nào trong công nghệ thực phẩm,
công nghệ sinh học, lấy ví dụ Trả lời:
Khái niệm về cyclone:
- Chúng ta thường bắt gặp cyclone ở các nhà máy xay
xát, lau bóng lúa gạo, hay các cơ sở sản xuất chế biến
thức ăn gia súc, hay những vị trí cần xử lý bụi,…
- Trên thị trường có rất nhiều loại cyclone với nhiều mẫu
mã cũng như cách sử dụng cyclone vào các mục đích
khác nhau như làm thùng chứa, xử lý bụi, sản xuất kinh
doanh cám, thức ăn gia súc, máy trộn, bồn trộn,…
- Trong các nhà máy lúa gạo hay xử lý bụi cyclone có thể
được hàn chân hay dạng treo để tiết kiệm chi phí cũng
như không gian sản xuất.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Cấu tạo:
- Cyclone có cấu tạo khá đơn giản nhưng lại rất khó gia công vì đa số các cycloneđều sử dungh vật
liệu tole mỏng từ 0.5-2.5 li và phải biết khai triển vẽ hình nhễu nên đòi hỏi thợ phải có tay nghề
cũng như kiến thức + kinh nghiệm mới có thể thi công 1 cyclone hoàn thiện. - Cyclone có các
thành phần chi tiết như sau:
1. Thân vỏ : đây là bộ phận quan trọng nhất bao gồm phần thân trên dạng trụ tròn kết hợp phần dưới (đuôi)
dạng phễu .Vật liệu sử dụng tole thép, inox, tráng kẽm. Chiều dài cũng như đường kính của thân vỏ
cyclone quyết định khối lượng chứa, lực nén cũng như khả năng giảm lực gió của quạt hút thổi vào cyclone.
2. Nắp đậy: Vật liệu chính là tole được gia cường bằng thép hình như : Sắt hộp,…
3. Nòng ống : Vật liệu là tole được gia công uốn tròn hình trụ với chiều dài và đường kính phụ thuộc vào
thân vỏ của cyclone, chức năng chính là điều chỉnh hướng gió thổi theo dạng xoắn xoay quanh cyclone
và thoát khí nén trong cyclone ra ngoài.
4. Miệng tiếp liệu và Miệng xả liệu : vật liệu chính là tole được uốn tròn dạng ống chiều dài và đường kính
tự do nhưng phải phù hợp và cân đối với thân vỏ cyclone miệng tiếp liệu sẽ được hàn vào phần thân trên
của cyclone, miệng xả liệu sẽ được hàn vào phần phễu bên dưới của thân vỏ cyclone.
5. Ngoài ra cyclone còn được dùng trong 1 số trường hợp đặc biệt như : máy trộn, bồn trộn. Thùng chứa thì
cấu tạo có thể khác nhau 1 chút nhưng riêng phần thân vỏ thì giống nhau. Nguyên lý hoạt động:
- Cyclone thường kết hợp với quạt hút và vít tải.
- Cylone có nguyên lý hoạt động rất đơn giản như sau:
1. Khi tiếp nhận nguyên liệu từ quạt hút thổi vào miệng nạp liệu lực thổi của gió sẽ bị uốn cong theo 1 quỹ
đạo hình tròn xoay quanh phần thân bên trên do có nòng ống hình tròn bên trong phần thân vỏ nên lực
thổi buộc phải xoay quanh theo 1 quỹ đạo cho đến phần phễu bên dưới.
2. Khi đến phần phễu bên dưới lực thổi của gió đã bị giảm đi rất nhiều khi gần đến miệng xả liệu thì lực
thổi của gió hầu như đã bị triệt tiêu hoàn toàn.
3. Khi đó cyclone sẽ chứa nguyên liệu bên trong nó đến khi chúng ta thấy lượng gió được giải phóng ra từ
nòng ống đều đó có nghĩa là gió bên trong cyclone đã đầy và bị nén lại nên đã giải phóng lực nén của gió qua nòng ống.
4. Sau đó chúng ta cần phải xả nguyên liệu ra để giải phóng thể tích chứa cho cyclone đồng thời giảm lực
nén của khí do quạt hút thổi vào
5. Phần xả liệu chúng ta có thể kết hợp với vít tải hay van xả kín để đảm bảo được lưu lượng xả nguyên
liệu đều và giảm bụi
- Đối với 1 số cyclone dùng làm máy trộn, bồn trộn, thùng chứa lúa, gạo thì nguyên tắc hoạt động hoàn toàn khác nhau. Ưu/nhược điểm Ưu điểm Nhược điểm
Nhiều model – quy cách khác nhau Khó gia công Độ bền cao Giá thành cao
Ít hư hỏng hay trục trặc Bị bào mòn nhiều
Dễ lắp đặt và sửa chữa
Không thể hoạt động 1 cách độc lập Ứng dụng: •
Sự xuất hiện của cyclone đã có từ rất lâu trong các nhà máy xay xát lúa cyclone dùng để lấy và chứa cám •
Sau đó cyclone được sử dụng làm các bồn trộn, máy trộn cám, thức ăn gia súc, phân bón,…. Cho các
nhà máy, xí nghiệp, công ty •
Cyclone cũng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống cyclone xử lý bụi trong các nhà máy sản xuất •
Gần đây nhất cyclone được sử dụng vào mục đích silo chứa – sấy- dự trữ lúa gạo nhờ vào cấu tạo dạng phễu của nó •
Như vậy chúng ta có thể thấy sự phổ biến rộng rãi của cyclone được áp dụng vào kinh doanh –sản xuất
không hề nhỏ đối với những nơi chế biến thức ăn gia súc thì không thể thiếu cyclone.
Câu 5: Tốc độ lắng trọng lực của pha phân tán trong pha liên tục sẽ phụ thuộc vào những gì? Trả lời:
Những yếu tố ảnh hưởng tốc độ lắng trọng lực:
- Trọng lực: trọng lực càng lớn lắng càng nhanh.
- Trở lực của môi trường khí: Trở lực môi trường lắng càng lớn, lắng càng chậm.
- Vận tốc lắng: Vận tốc lắng càng lớn, lắng càng tốt.
Câu 6: Tốc độ lắng ly tâm của pha phân tán trong pha liên tục sẽ phụ thuộc vào những gì? Trả lời:
Những yếu tố ảnh hưởng tốc độ lắng ly tâm:
- Kích thước hạt, khối lượng riêng hạt - Đặc điểm khí - Tốc độ thổi khí
- Kích thước của ống cyclone
Câu 7: Tại sao trên các máy ly tâm Phòng thí nghiệm lại có 2 giá trị RCF và RPM Trả lời:
- Giá trị RCF: RCF: relative centrifugation force: lực ly tâm tương đối: thể hiện cường độ của lực
ly tâm theo số lần so với trọng lực (xg).
- Giá trị RPM: là cường độ tốc độ quay với số vòng trên một đơn vị thời gian.
- Khi cần ly tâm mạnh thì cần sử dụng giá trị RPM để chính xác, có thể dùng cho độ nhớt cao.
- Khi cần tương đối thì quay theo số lần trọng lực thì dùng RCF nhưng đối với các chất có độ nhớt
cao theo số lần trọng lực chưa thể phân tách các lớp ra tốt.
Câu 8: So sánh ưu nhược điểm giữa lọc dòng ngang và lọc trực diện. Ví dụ ứng dụng. Trả lời: Lọc dòng ngang Lọc trực diện Đặc điểm
- Phương cấp và phương lọc vuông
- Phương lọc cùng với phương góc nhau. cấp.
- Giảm trở lực lớp bã, duy trì tốc độ
- Lớp bã làm giảm tốc độ lọc. lọc. Ứng dụng
Ứng dụng nhiều trong CNSH
- Lọc sơ (lọc bã cặn, lọc bia,…) -
Lọc vi sinh (vô trùng, phân tách sinh khối vi sinh vật) -
Phân riêng các cấu tử hoà tan trong
hỗn có kích thước phân tử (kDa) khác nhau
Câu 9: Để cô đặc dịch nuôi cấy vi sinh vật, nên dùng phương pháp lọc nào Trả lời:
Để cô đặc dịch nuôi cấy vi sinh vật nên dùng phương pháp lọc dòng ngang để loại bỏ bớt dịch
nuôi cấy ra, cô đặc lại sinh khối.
Dịch nuôi cấy khi đi qua lọc dòng ngang thì dịch vẫn tiếp tục đi nhưng trên quãng đường thì càng
giảm dịch nuôi qua các màng lọc nên dịch càng được cô đặc.
Câu 10: Tại sao trong quy trình lọc bia, thường bổ sung chất trợ lọc là các bột tảo biến được gia nhiệt Trả lời:
Vì các bột tảo biến trong quá trình gia nhiệt dễ bám bào các hạt đang lơ lửng trong bia tạo nên các
hạt có kích thước lớn hơn. Nên khi lọc các hạt kích thước to hơn sẽ dễ bị loại khỏi dịch bia hơn. Câu
11: Đối với một dịch nuôi cấy nấm men 1000 Lít, đề xuất phương án phù hợp để thu nhận sinh khối
từ dịch này Trả lời: Phương án:
- Lọc dòng ngang để cô đặc lại dịch sinh khối: Khi cô đặc được sinh khối, thể tích của dịch giảm nhanh.
- Chia vào các bình và đem ly tâm, loại dịch thu sinh khối: Khi ly tâm do các phần tử sinh khối có
khối lượng riêng lớn hơn sẽ ly tâm ra xa nhanh nhất bám chặt vào thành ống , đáy ống nên ta chỉ
cần loại bỏ dịch nuôi ở trên sẽ thu được sinh khối ở phía dưới.
Câu 1: Trình bày khái niệm lưu lượng, vận tốc chất lỏng, mối liên hệ
• Lưu lượng của chất lỏng: là lượng chất lỏng chảy qua 1 tiết diện ngang của ống dẫn trong 1 đơn vị thời gian
• Vận tốc trung bình của chất lỏng: là vận tốc của chất lỏng chảy trong ốm được tính bằng lượng
thể tích chất lỏng chảy qua 1 đơn vị tiết diện trong 1 đơn vị thời gian. Phương trình mối quan
hệ giữa lưu lượng và vận tốc = (m/s)
Trong đó: v – Lưu lượng thể tích chất korng
f – tiết diện ống dẫn
Câu 2: Trình bày khái niệm độ nhớt, các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt 1. Khái niệm:
Khi chất lỏng thực chuyển động sẽ xảy ra quá trình trượt giữa các lớp chất lỏng giống như hiện tượng
ma sát, vì có lực ma sát trong gây ra sức cản trở của chất lỏng đối với sự trượt tương đối của các lớp
chất lỏng. Tính chất này của chất lỏng là dộ nhớt, còn chất lỏng là chất lỏng nhớt. 2. Yếu tố ảnh hưởng:
• Nhiệt độ : ảnh hưởng lớn đến độ nhớt
Đôi với chất lỏng: nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm
Đối với chất khí: nhiệt độ tăng thì độ nhớt tăng
• Áp suất : chỉ ảnh hưởng ở phạm vi áp suất cao : P tăng thì µ tăng
Câu 3: Trình bày khái niệm chảy tầng, chảy quá độ, chảy rối, bán kính thủy lực, đường kính tương đương.
• Chảy dòng: các phân tử chất lỏng chuyển động song song nhau theo đường thẳng với vận tốc
chậm gọi là chảy dòng (Re < 2320)
• Chảy quá độ : 2320 • Chảy rối: nếu các phần tử chuyển động với vận tốc nhanh theo đường thẳng không thứ tự với các
hướng khác nhau tạo thành 1 dòng rối.
• Bán kính thủy lực: đường kính của ống và máng dẫn không phải tròn được gọi là bán kính thủy
lực và tính theo công thức:
• Đường kính tương đương: d=4r (tl
Câu 4: Trình bày khái niệm áp suất, áp suất tuyệt đối, áp suất dư, áp suất chân không, đơn vị, dụng cụ đo
• Áp suất: lực tác dụng lên 1 đơn vị bề mặt : p = G/F
• Áp suất chia thành: áp suất tuyệt đối, áp suất dư, áp suất chân không: p = p (du)+p (ck) p (ck) = p (a) – p
• Dụng cụ đo áp suất gọi là áp kế. • Đơn vị
Câu 5: Trình bày khái niệm áp suất thủy tĩnh, các tính chất
• Áp suất thủy tĩnh: là áp suất được tạo ra từ chất lỏng đứng yêm
• Công thức để xác định áp suất thủy tĩnh trên chất lỏng tại mọi điểm khác nhau =
• Tính chất o Tác dụng theo phương pháp tuyến và hướng vào trong lòng chất lỏng o Tại 1 điểm
bất kì trong chất lỏng áp suất thủy tĩnh có giá trị bằng nhau theo mọi phương o Là hàm số của tọa
độ p = f(x,y,z) nên tại các điểm khác nhau trong chất lỏng sẽ có giá trị khác nhau
Câu 6: Ứng dụng áp suất thủy tĩnh, vẽ biểu đồ áp suất thủy tĩnh 6.1
Biểu đồ áp suất thủy tĩnh 6.2 Ứng dụng
A, Định luật Pascal: trong chất lỏng không bị nén ép ở trạng tháu tĩnh, nếu ta tăng áp suất p0 tại z0
lên 1 giá trị nào đó thì áp suất p ở mọi vị trí khác nhau trong chất lỏng cũng tăng lên 1 giá trị như vậy
➔ Máy nén thủy lực và bơm Piston B, Dụng cụ đo áp suất
• Áp kế chất lỏng hay ống pazomet: đo áp suất bằng chiều cao của bản than cột chất lỏng trong môi trường cần đo
• ÁP kế chữ U: Đo áp suất dư lớn hơn vì chất lỏng được dung với khối lượng riêng lớn hơn nhiều
so cới khối lượng riền môi trường cần đo
• Áp kế kiểu chén: giống chứ U nhưng có nhánh
• Áp kế vi sai: Đo hiệu số áp suất tại 2 vị trí khác nhau, cấu tạo gồm 2 ống chữ U nối với nhau.
Câu 7: Trình bày phương trình dòng liên tục
Khi chất lỏng chảy ổn định trong ống kín ko
bị rò rỉ qua thành ống hay chỗ nối ra ngoài với điều kiện:
• Chất lỏng thực tế không bị nén ép, ở
nhiệt độ không đổi có khối lượng riêng không đổi.
• Chất lỏng chảy choán đầy ống, không bị
đứt đoạn, không có bọt khí được mô tả
bởi phương trình liên tục.
• Theo PT dòng liên tục :
Q1 = Q2 = Q3 F1w1 = f2w2 = f3w3
Nếu chất lỏng không bị nén ép có khối lượng riêng không thay đổi thì phương trình có dạng:
• Đối với dòng không ổn định thì phương trình dòng liên tục được phát biểu: ‘Sự thay đổi khối
lượng chất lỏng có trong một thể tích nhất định và chảy qua mỗi tiết diện của ống dẫn xảy ra chỉ
nhờ sự thay đổi khối lượng riêng của chất lỏng trong thể tích đó Phương trình:
Câu 8: Trình bày các đại lượng trong phương trình Becnoulli đối với chất lỏng lý tưởng và chất lỏng thực
8.1 Chất lỏng lý tưởng
• Chuyển động không có ma sát, năng lượng không bị mất mát, năng
lượng riêng toàn phần là 1 đại lượng không đổi • Phương trình • Đại lượng: o
Z: đặc trưng thế năng riêng hình học
o p/pg: đặc trưng chiều cao áp suất thủy tĩnh (thế năng riêng áp suất) o w2/2g:
đặc trưng thế năng riêng vận tốc (động năng chất lỏng chuyển động) 8.2 Chất lỏng thực
• Chất lỏng thực xuất hiện lực ma sát do độ nhớt của chất lỏng, do đặc trưng của chuyển ddooojng
và do ma sát thành ống gây ra làm cản trở chuyển động của chất lỏng, làm tiêu tốn thêm 1 phần
năng lượng. Khi đó phương trình Bernoulli có dạng:
• Hm là năng lượng mất mát hoặc thế năng riêng tổn thất. Nên đối với chất lỏng thực phương trình
được phát biểu: “Đối với một tiết diện bất kỳ của ống dẫn trong đó chất lỏng thực chảy qua khi
chế độ chảy ổn định thì tổng của thế nằn riêng vận tốc, thế năng riêng áp suất, thế nằn riêng hình
học và thế năng riêng mất mát là 1 đại lượng không đổi”
Câu 9 : Trình bày một vài ứng dụng của phương trình Becnoulli
Các dụng cụ đo vận tốc và lưu lượng chất lỏng chảy trong ống dẫn
A, Áp kế: dung để đo hiệu số áp suất giữa trong và ngoài thiết bị và được chia làm 2 loại
: Chân không kế để đo áp suất nhỏ hơn 1at ( áp kế chân không ) Áp kế để đo áp suất dư B, Ống pitoporan
• Cấu tạo gồm 2 ống đồng tâm.Ôsng trong đo áp suất chung, còn ống ngoài đo áp suất thủy tĩnh.
Hai ống này nối với nhau bằng áp kế vi phân. Mức chênh lệch ctreen áp kế vi phân cho ta áp suất
động lực tại vi trí đo
• Lưu lượng được tính theo công thức
C, Ống vetuni, màng chắn và ống loa
• Ống venturi có cấu tạo thắt dần rồi tăng dần dến kích thước ban đầu. Nhờ sự thay đổi đều như vậy,
nên tổn thất áp suất không vượt quá 15%
• Lưu lượng chất lỏng chảy qua ống được xác định trên phương trình lưu lượng và phương trình Bernoulli
Câu 10: Trình bày trở lực do ma sát trong ống dẫn
• Là năng lực tiêu hao để thắng trở lực ma sát giữa chất lỏng với thành ống, bề mặt nhám
• Phương trình : Hms = ʎ ∗ (mH2O)
ʎ : Hệ số ma sát phụ thuộc vào bề nhám chất lỏng L: chiều dài ống dẫn
D: đường kính chất lỏng • Hệ số ma sát
Khi chảy tầng: ʎ = Khi chảy rối : ʎ = ( . . )^
Câu 11: Trình bày cách tính trở lực trong các đường ống phức tạp; ống có tiết diện thay đổi, lắp nối tiếp, lắp song song, chia nhánh. 8 + đ 8 = . . = Tổng quát: = .
a. Trở lực của đường ống có tiết diện thay đổi lắp nối tiếp. = + + + ⋯ + ➔ = + + + ⋯
b. Trở lực đường ống dẫn lắp song song. Có: ∥ = = +
Để 2 nhánh làm việc ổn định thì & không đổi. = = +) = . +) = .
Nếu chế độ chuyển động trong 2 nhánh song song giống nhau thì: = = = = = = = = ➔ = 1 +
c. Trở lực ống chia thành các nhánh rẽ. = = + = + = + = = = , ,
là hệ số lưu lượng phụ thuộc ( , )
Câu 12: Trình bày trở lực cục bộ và cách tính. Cho ví dụ.
- Trở lực cục bộ là do hiện tượng đột thu đột mở trên đường ống hay những bộ phận như khuỷu,
van, khóa. Gây ra hiện tượng đổi hướng của dòng chảy hoặc làm thay đổi vận tốc chuyển động,
tạo dòng xoáy làm tăng trở lực thủy lực.
- Những trở lực này phụ thuộc vào cấu tạo từng bộ phận vì vậy nó có tính chất đặc thù. -> Trở lực cục bộ. =
Với là sộ số trở lực cục bộ. Là một đại lượng không thứ nguyên được xác định theo đặc trưng cấu cạo
của bộ phận gây ra trở lực và mức độ xoáy của dòng chảy -> Xác định bằng thực nghiệm. Ví dụ:
- Đột thu, đột mở: hệ số trở lực phụ thuộc vào tỷ số giữa 2 tiết diện =
- Màng chắn: Hệ số trở lực phụ thuộc vào cấu tạo màng.
- Khuỷu nối: Hệ số trở lực phụ thuộc vào góc nghiêng và độ nhẵn của thanh khuỷu.
- Ống vòng: Hệ số trở lực phụ thuộc vào bán kính ống vòng gây ra.
- Van, khóa: Hệ số trở lực phụ thuộc vào góc nghiêng của van.
Câu 13: Các thông số đặc trưng của bơm: năng suất, công suất, hiệu suất.
1. Năng suất của bơm: [( ⁄ ) ℎ ặ ( ⁄ℎ)]
- Là lượng thể tích của chất lỏng mà bơm cung cấp trong một đơn vị thời gian. 2. Công suất của bơm: N
- Là năng lượng cần cung cấp cho bơm làm việc.
a. Công hữu ích là năng lượng tiêu tốn để tăng áp suất cho chất lỏng: ℎ ℎ = ∆ . =
H: Áp suất toàn phần của
bơm Q: Năng suất của bơm g: Gia tốc trọng trường : Khối lượng riêng
b. Công suất trên trục của bơm (Phải bù 1 phần năng lượng do tổn thất ma sát ở trục) = ℎ = với : hệ số hữu ích.
c. Công suất động cơ: Động cơ tiêu tốn năng lượng lớn hơn năng lượng do bơm tiêu tốn và năng
lượng được truyền từ động cơ đến bơm 1 phần bị tổn thất do quá trình làm việc của động cơ,
sự truyền động giữa trục động cơ và trục bơm, do ma sát trục. Đăc trưng hệ số động cơ đ ; hệ
số truyền động và hệ số hữu ích . ℎ ℎ đ = = = . đ . đ .
Công suất động cơ thực tế: đ = đ .
với là hệ số dự trữ (1,1÷1,5) 3. Hiệu suất bơm: = . . đ
- Có hiệu suất theo tính toán: = ℎ đ
Câu 14: Trình bày áp suất toàn phần của bơm.
- Đặc trưng cho năng lượng riêng do bơm truyền cho một đơn vị trọng lượng chất lỏng, được tính
theo chiều cao cần thiết nâng 1kg chất lỏng nhờ năng lượng riêng của bơm (ko phụ thuộc khối
lượng riêng chất lỏng/độ nhớt).
- Gọi , , , là áp suất chất lỏng ở bể 1, bể 2, áp
suất cửa vào, cửa ra của bơm.
- Gọi ℎ, đ là thế năng mất mát trên ống hút và ống đẩy. = ℎ + đ
- Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1 và
2, lấy mặt cắt 1 là mặt chuẩn. + = ℎ + + + ℎ 2 2
- Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 2 và 3, lấy mặt cắt 2 là mặt chuẩn. + = đ + + + đ 2 2
➔ Từ 2 phương trình trên, ta có chêch lệch áp suất vào - ra của bơm: − − − − = == + ++ + 2 2 Trong thực tế: ≈ → − = 0 → = = + + +
- Ngoài ra, có thể xác định áp suất toàn phần của bơm bằng cách đặt 1 chân không kế trên đường ống
hút và 1 áp kế trên đường ống đẩy. (Với đường kính 2 đường ống bằng nhau), ta có: ư + = + ℎ
Với: ℎ - khoảng cách thế năng giữa 2 chân không kế và áp kế ư = − đ
Câu 15: Trình bày chiều cao hút của bơm. (Lấy hình và ký hiệu của bài 14) Theo
phương trình Bernoulli với mặt hút: + = ℎ + + + ℎ 2 2 ➔ ℎ = +− ℎ
Nếu áp suất đầu vào bơm, vận tốc vào bơm, thế năng riêng mất mát trên ống hút tăng thì ℎ giảm. Để
bơm làm việc được thì áp suất hút phải lớn hơn áp suất bay hơi của chất lỏng cần bơm.
Câu 16: Trình bày nguyên lý làm việc, phân loại của bơm pitong.
- Bơm pitong làm việc theo nguyên tắc bơm thể tích, động lực quá trình là sự chênh lệch thể tích
do bộ phận pitong chuyển động tịnh tiến. - Nguyên tắc làm việc:
o Pitong chuyển động tịnh tiến trong xilanh
o Khoảng chạy của pitong từ điểm chết trái đến điểm chết phải = s. Khi trục quay góc 0 → :
Từ điểm chết trái sang điểm chết phải làm tăng thể tích trong xilanh nên áp suất giảm xuống
thấp hơn áp suất khí quyển → Chất lỏng dâng trong ống hút qua van hút và choán đầy
xilanh → kết thúc một hành trình hút. Khi trục quay → 2 : van hút đóng, van đẩy mở, pitong
chuyển động từ điểm chết phải sang điểm chết trái → chất lỏng được đẩy từ xylanh vào
ống đẩy → hành trình đẩy. o Bầu khí (7, 8) là khoảng không gian rỗng chứa không khí
được nối với ống đẩy và ống hút. Do pitong chuyển động không đều khiến chất lỏng chuyển
động không đều → có gia tốc → sinh ra quán tính → trở lực chống lại chuyển động gây tổn
thất → sử dụng bầu khí làm cho bơm làm việc an toàn không xảy ra va đập, giảm thiểu mức
thấp nhất của tổn thất do lực quán tính gây ra. Tuy nhiên, nếu vận chuyển chất lỏng có khả
năng cháy nổ thì không sử dụng bầu khí.
o Công suất của bơm pitong: = , *** Phân loại bơm:
1. Bơm tác dụng đơn (nằm ngang hoặc thẳng đứng)
- Trong bơm có 2 van: 1 van hút và 1 van đẩy. Sau mỗi vòng quay của trục thì pitong chuyển động
1 lượt sang phải và 1 lượt sang trái. Chất lọng được hút và và đẩy ra xylanh 1 lần → Làm việc không đều.
- Chia làm 2 loại bơm tác dụng đơn: Bơm nhúng chìm và bơm màng.
o Bơm nhúng chìm: Các bơm đẩy được bố trí ngay trên pitong. Khi pitong chuyển động lên
phía trên, chất lỏng từ bể chứa qua van hút vào xilanh, đồng thời chất lỏng nằm trên pitong
được đẩy vào ống đẩy. Khi pitong chuyển động xuống dưới, van hút đóng, van đẩy mở,
chất lỏng bên dưới pitong đi lên phần trên → chất lỏng được hút vào đẩy ra đồng thời.
o Bơm màng: Pitong và xilanh tách rời khỏi van bằng 1 màng đàn hồi. Dùng để bơm những
loại dung dịch ăn mòn vì xilanh và pitong không tiếp xúc với môi trường ăn mòn, còn van
và màng bảo vệ bằng lớp vật liệu chống ăn mòn. 2. Bơm tác dụng kép.
- Như 2 bơm tác dụng đơn ghép lại gòm 1 xilanh và 2 van đẩy, 2 van hút. Khi pitong chuyển động
về phía bên phải, chất lỏng được hút vào xilanh bên trái qua van hút thứ nhất, đồng thời đẩy chất
lỏng chứa trong xilanh bên phải qua van đẩy vào ống đẩy. Khi pitong chuyển động về phía bên
trái, chất lỏng được hút vào xilanh bên phải qua bơm hút thứ hai và đẩy chất lỏng chứa trong
xilanh bên trái qua van đẩy vào ống đẩy.
- Chất lỏng sẽ được bơm đều hơn bơm tác dụng đơn.
Câu 17: Trình bày cách tính năng suất bơm pitong tác dụng đơn, tác dụng kép.
- Năng suất của bơm tác dụng đơn:
= 60 , ⁄ℎ ℎự ế = <
Với – hiệu suất thể tích Vì:
o Bị dò rỉ qua thành nối
o Không khí lọt vào trong chiếm thể tích
o Các van có khối lượng → có lực cản nên đóng mở van không kịp thời
- Năng suất của bơm tác dụng kép:
o Khi pitong chuyển động về bên phải lượng chất lỏng hút vào F.s, đẩy ra (F-f).s o Khi pitong
chuyển động về bên trái lượng chất lỏng hút vào (F-f).s, đẩy ra F.s
➔ Sau mỗi vòng bơm vận chuyển một lượng chất lỏng: (F-f)s + Fs = (2F-f)s ( )
= 60 (2 − ) , ⁄ℎ ℎự ế = , ⁄ℎ
Câu 18: Trình bày cách ghép bươm pitong nối
tiếp, song song, điều chỉnh lưu lượng bơm.
- Song song: khi ghép 2 bơm song song nhau cùng đẩy chất lỏng vào một đường ống thì đặc tuyến
chung của cả hai bơm nhận được bằng tổng năng suất của từng bơm riêng. Cách này để tăng năng
suất bơm. Cách ghép song song chỉ nên dùng khi đặc tuyến mạng ống đơn giản, nghĩa là trở lực đường ống bé.
- Nối tiếp: Dùng khi cần tăng áp suất do bơm tạo ra mà một bơm không đáp ứng được. Trong trường
hợp này năng suất chung giống với năng suất của từng bơm, còn áp suất thì tăng bằng tổng áp suất của từng bơm tạo ra.
Câu 19: Trình bày nguyên lý hoạt động của bơm roto cánh trượt, năng suất.
- Nguyên tắc: làm việc dựa trên sự thay đổi thể tích do bộ phận quay tròn.
- Nguyên lý làm việc: trục quay 1 sẻ các rãnh theo hướng bán kính và đặt cánh trượt 2 vào.
o Khi trục quay, do sức ly tâm nên cánh trượt vang ra phía ngoài ép sát vào thành vỏ bơm,
chia thân bơm thành 2 vùng hút và đẩy.
o Năng suất: = 2.5 ÷ 60 ( / ) * Hiệu suất: = 0.70 ÷ 0.95 Câu 20: Trình bày nguyên lý
hoạt động của bơm bánh răng, năng suất.
- Nguyên lý làm việc: Hút và đẩy chất lỏng nhờ có hai bánh xe răng khía quay ngược chiều nhau
và khớp với nhau đặt trong vỏ bơm. Mọt bánh dẫn động nhờ có động cơ nối qua hộp giảm tốc.
Khi răng của chúng tách rời nhau, ở hốc a (hốc dưới) phía ống hút sẽ có độ chân không, chất lỏng
tràn vào choán đầy rãnh của bánh răng và cùng quay với nó. Khi răng khớp vào nhau, áp suất tăng,
chất lỏng bị đẩy vào hốc b (hốc trên) theo ống đẩy ra ngoài. - Năng suất: = 0.3 ÷ 2 ( ⁄ )
Câu 21: Trình bày nguyên lý hoạt động của bơm trục vít, năng suất.
Nguyên lý hoạt động: Bơm một trục vít
Nguyên lý làm việc của bơm một trục vít theo nguyên tắc “ đai ốc dẻo”. Khi trục vít quay, sự chuyển
động của nó tạo với mặt trong vỏ bơm các khoang chứa lưu chất, lưu chất lúc này đóng vai trò như đai
ốc dẻo được đẩy dần từ đầu vào đến đầu ra của bơm. Bơm hai trục vít
Nguyên lý làm việc của bơm hai trục vít cũng theo nguyên tắc “ đai ốc dẻo” như bơm một trục vít. Khi
bơm làm việc, trục vít chủ động chuyển động kéo trục vít bị động quay, sự chuyển động đồng thời của
hai trục có tác dụng làm kín và đẩy lưu chất dần từ đầu vào đến đầu ra của bơm. Hiệu suất của bơm khá
cao nằm trong khoảng từ 0.75 đến 0.85. Bơm ba trục vít
Nguyên lý làm việc của bơm ba trục vít cũng tương tự như bơm hai trục vít. So với bơm hai trục vít thì
sự chuyển động của ba trục vít có tác dụng làm kín tốt hơn nên hiệu suất làm việc của bơm cao hơn,
thường nằm trong khoảng 0.8 đến 0.95.
Câu 22: Trình bày nguyên lý hoạt động và cấu tạo của bơm ly tâm. Cấu tạo:
Nguyên lý hoạt động: Bơm ly tâm làm việc theo nguyên tắc ly tâm. Chất lỏng được hút và đẩy cũng như nhận
thêm năng lượng (làm tăng áp suất) là nhờ tác dụng của lực ly tâm khi cánh guồng quay. Bộ phận chính của bơm
là bánh guồng 1 trên có gắn những cánh có hình dạng nhất định. Bánh guồng được đặt trong thân bơm 2 và quay
với vận tốc lớn. Chất lỏng theo ống hút 3 vào tâm guồng theo phương thẳng góc rồi vào rãnh giữa các cánh guồng
và cùng chuyển động với guồng. Dưới tác dụng của lực ly tâm, áp suất của chất lỏng tăng lên và văng ra khỏi
guồng vào thân bơm (phần rỗng giữa vỏ và cánh guồng) rồi vào ống đẩy 4 theo phương tiếp tuyến. Khi đó ở tâm
bánh guồng tạo áp suất thấp. Nhờ áp lực mặt thoáng bể chứa chất lỏng dâng lên trong ống hút vào bơm. Khi guồng
quay, chất lỏng được hút đẩy liên tục, do đó chất lỏng chuyển động đều đặn. Đầu ống hút có lưới lọc 5 ngăn rác,
chất rắn vào bơm làm tắc bơm. Trên ống hút có van 1 chiều giữ chất lỏng trên ống hút khi bơm ngừng. Trên ống
đẩy có van 1 chiều để tránh chất lỏng đổ dồn về về bơm gây va đập thủy lực làm hỏng cánh guồng và động cơ
điện do bơm bất ngờ dừng lại. Ngoài ra trên ống đẩy còn có 1 van chắn để điều chỉnh lưu lượng chất lỏng theo yêu cầu.
Khi bơm khởi động không có khả năng hút chất lỏng vì lực ly tâm xuất hiện khi guồng quay chưa đủ để đuổi hết
không khí ra khỏi bơm và ống hút tạo ra độ chân không cần thiết. Nên trước khi mở phải mồi chất lỏng vào đầy
bơm và ống hút hoặc nếu có thể thì đặt bơm thấp hơn mức chất lỏng trong bể hút cho chất lỏng tự chảy vào đầy bơm.
Áp suất chất lỏng do lực ly tâm tạo ra hay chiều cao đẩy của bơm phụ thuộc vào vận tốc quay của guồng. Vận tốc
càng lớn thì áp suất và chiều cao đẩy càng lớn. Tuy nhiên không thể tăng số vòng quay bất kỳ được vì lúc ấy ứng
suất trong vvatj liệu làm guồng sẽ tăng và trở lực cũng tăng lên. Do đó bơm 1 cấp chỉ đạt được tối đa 40 – 50m.
Muốn tăng hơn nữa phải dùng bơm nhiều cấp. Ưu điểm:
- Năng suất lớn, tốc độ quay lớn không cần nối với hộp giảm tốc.
- Vận tốc tăng thì áp suất và chiều cao đẩy tăng tuy nhiên cần tăng thích hợp.
- Nếu muốn tăng hơn nữa thì dùng bơm nhiều cấp
Nhược điểm: Khả năng hút kém cần phải mồi chất lỏng vào đầy bơm và ống hút hoặc để bơm thấp hơn mực chất lỏng
Câu 23: Trình bày phương trình cơ bản của bơm ly tâm, sự chuyển động của chất lỏng trong bơm lý tâm.
Câu 24: Trình bày hiện tượng xâm thực của bơm ly tâm, chiều cao hút.