Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 40 BÀI 7. KHUẤY CHẤT LỎNG I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM. Khảo sát giản đồ cơng suất khuấy của một hệ thống khuấy đơn giản.: II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 2.1. Khuấy chất lỏng. Q trình khuấy hệ lỏng là q trình rất thường gặp trong cơng nghiệp (nhất là cơng nghiệp hố chất và những ngành cơng nghiệp tương tự: cơng nghiệp thực phẩm, cơng nghiệp luyện kim, cơng nghiệp vật liệu xây dựng, cơng nghiệp hố dược, cơng nghiệp nhẹ v.v ) và trong đời sống hàng ngày. Q 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 khn khổ bài thí nghiệm này chúng ta nghiên cứu về q trình khuấy cơ học. 2.2 Mục đích của khuấy. Q 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 q trình trao đổi nhiệt. Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 41 - Tăng cường q trình trao đổi chất bao gồm q trình truyền khối và q trình hố học 2.3 Hệ thống thiết bị khuấy: 2.3.1. Mơ 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 thơng với khơng 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 đơi khi gắn trực tiếp nhưng thường thì được gắn vào một bộ giảm tốc (speed reducer). Một số bộ phận phụ có thêm vào thiết bị khuấy theo u 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. Ngồi 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 trì được dòng hướng trục. Cơ cấu quay nhanh thường làm việc trong thiết bị có tấm chặn. tấm chặn sẽ tạo ra sự chảy xốy chất lỏng trong thiết bị và khơng 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) Ngồi ra, còn có các loại cơ cấu khác như cơ cấu khuấy chấn động, cơ cấu khuấy cào, v.v 2.4. Cơng suất khuấy P: 2.4.1. Đặc điểm: Cơng 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. Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 42 Các thơng số ảnh hưởng đến cơng 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 q 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 Re k =nd 2 /ν đặc trưng cho q trình khuấy. - Cơng suất khuấy trộn riêng. III. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 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 cơng 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 thơng số cường độ và điện thế. IV. PHÚC TRÌNH 4.1. Kết quả đo: Ghi kết quả đo trực tiếp và suy dẫn theo bảng kê sau: Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 43 TN Số vòng quay n (rpm) Cường độ (A) Điện thế (V) Cơng suất (kW) Re 1 300 2 500 3 700 4 900 4.2- Đồ thị: Xây dựng giản đồ cơng 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 cơng nghiệp là như thế nào? Cho nhận xét? - Nhận xét về mối liên hệ P = f(Re). V. TÀI LIỆU THAM KHẢO. 1. Mc Cabe, W.L& Smith “ Unit operations of Chemical Engineering”, Mc Graw Hill. 2. Nguyễn Minh Tuyển “Các máy khuấy trộn trong cơng nghiệp”. 3. Nguyễn Văn Lụa “Giáo trình QT & TB, tập 1, quyển 1”, ĐHBK Tp.HCM Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết 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 BÀI 8 LỌC KHUNG BẢN . cường q trình trao đổi nhiệt. Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 41 - Tăng cường q trình trao đổi chất bao gồm q trình truyền khối và q trình hố học 2.3 Hệ thống thiết bị khuấy: 2.3.1 độ và điện thế. IV. PHÚC TRÌNH 4.1. Kết quả đo: Ghi kết quả đo trực tiếp và suy dẫn theo bảng kê sau: Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 43 TN Số vòng quay n (rpm) Cường độ (A) Điện. 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. Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 42 Các