HƯỚNG DẪN KHUẤY TRỘN CHẤT LỎNG - J.Y. OLDSHUE

July 20, 2017 | Tác giả: University Bookshelf Official | Danh mục: N/A
Share Nhúng


Mô tả ngắn

LINK DOCS.GOOGLE: https://drive.google.com/file/d/0B7w57xpxgaT0d2ZCR2tzOV8tWEE/view?usp=sharing LINK BOX: https://app...

Mô tả đầy đủ

J.Y. OLDSHUE, N.R. MEREST

HƯÒNG DẤN

■HUẤY TRỘN CHAT LONG ■



Người dịch : Đặng Xuân Toàn Đặng Vãn Sử

4HÀ XUẤT BẨN KHOA HỌC VÀ KỲ THUẬT HÀ NỘI - 1995

Dịch từ nguyên bản : J.Y. Oldshue, N.R.Herbst A GUIDE TO FLUID MIXING Lightnin Rochester, New York, U.S.A.

Các tác giả Tiến sỉ J.Y.Oldshue là tác giả Công nghệ khuấy trộn chát lòng (Chemical Engineering, McGraw-Hill Publishing C om pany, 1983) và nh iều công trìn h vé quá trìn h trộ n . H iện nay ông là chủ tịch của công ty Oldshue Technologies Internationnal, ông đă nghỉ hưu sau bốn thập niên công tác ở Lightnin, một bộ phận của General Signal. Khi còn ở Lightnin ông đã giữ nhiều cương vị kỹ thuật chủ chốt, trước khi nghỉ hưu ông là phó chủ tịch Hội cỏng nghệ khuấy trộn (Mixing Technology). N.R.Herbst hiện là kỹ sư m arketing kỹ th u ật cao cấp ở Lightnin, nơi ông đã giữ các cương vị kỹ sư thử nghiệm, kỹ sư dịch vụ marketing và kỹ sư m arketing kỹ thuật trong nhiều năm qua. Ngoài ta ồng còn co nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu - triển khai, và kỹ thuật ứng dụng. 2

LÒI GIỎI THIỆU Việc các kỹ sư Việt Nam dịch cuổn "Hướng dẫn khuấy trộn chất lỏng" sang tiếng Việt để sử dụng là một vinh hạnh lớn cho chúng tôi. Khuấy trộn chất lỏng được dùng trong hầu hết các quá trình sản xuất, bao gồm chủ yếu các qui trịnh công nghệ hđa học. Công nghệ thiết kế cố hiệu quả các thiết bị khuấy trộn chất lỏng trong những ứng dụng này đã phát triển rất nhanh chđng. Cuốn sách này tđm tát nhiéu khái niệm quan trọng được sử dụng rr*ng rãi trên thế giới để thiết kế và mở rộng qui mô và là một đống gđp cò giá trị cho các phương tiện mà các kỹ sư thường dùng trong thực tế. Việc dịch cuốn sách này sang một vài thứ tiếng là một bước quan trọng đối với các kỹ sư thực hành. Và bàn dịch sang tiếng Việt lần này cò thể trợ giúp nhiéu cho các kỹ sư Việt Nam. Tôi vui mừng được có dịp phổ biến tài liệu này và xin gửi lời chúc mừng các dịch giả. Rất mong có được sự hợp tác với các kỹ sư Việt Nam tpong lỉnh vực công nghệ cơ bản này.

Dr. JAM ES

Y. OLDSHUE, p. E

3

MỤC LỤC Trang

Chương 1. MỔ

7

ĐẦU

Chuơng 2 KHÁI

18

NÊM

CỒ

BAN

BIỆN

PHÁP

ĐỀUKHIỂN

QUÁ

TRlNH

KHÍ

Chương 3 CÁC

Lưu

LƯỘNG

37

Chương 4 CÁC

68

- LỎNG

Chương 5 CÁC HOẠT ĐỘNG THỂT VÀ TĂNG QUY MÔ

bị

thủ

n g h iệ m

90

Chương 6 THIẾT

KỂ

CỔ

101

Chương 7 HƯỐNG TRONG

4

DẪN KHUẤY TRỘN CHẤT PHÒNG THÍ NGHIỆM

LỎNG

125

LỜI NÓI ĐÀU

Sách hướng dãn vẽ khuấy trộn chát lỏng dành cho những ai muốn tiếp cận nhanh chóng, ván tát các ngiiyỏn lý trộn chất lỏng. Mặc dù ban đầu được viết như sách nhập Ìiìỏn hay giáo trinh mở đẩu cho các sinh viền hóa kv thuật song nó cũng hữu ích cho những ai trong các ngành công nghiệp hóa chất (CPI) tự thấy cần tỉm hiểu để tài này. Không may là do tính chát học thuật nặng nể và những ràng buộc vế thời gian đối với các môn học điển hỉnh của sinh viên nên nhiều kỹ sư hóa không có cơ hội tìm hiểu nhiều khía canh của lĩnh vực hứng thú này. Trộn chất lỏng quả là đe tài đáng được chú ý nhiều hơn nếu ta chi cẩn xét tới ảnh hưởng to lớn của nó tới hầu như mọi quá trình sản xuất và mọi sản phẩm công nghiệp và tiêu dùng. Cuốn sách này nhằm giới thiệu những vấn để cơ bản và kích thích lòng ham muốn nghiên cứu trong tương lai. Được biên soạn qua hàng chục nãm nghiên cứu và phát triển và các kinh nghiệm trong công nghiệp, sách được chia thành sáu chương dễ hiểu. Chương 1 là mở đầu tóm tát vể quá trình khuấy trộn, máy khuấy trộn, các thành phần kết cáu máy trôn và các biến khuấy trộn chát lòng. Chương 2 đẽ cập những khải niệm cơ bản quan trọng như các nhóm không thứ nguyên, các chẽ độ chất lỏng, dảp tuyến công suất, hết cáu bộ cảnh khuấy và phổ cảnh khuấy. Chương 3 khảo sát các cách thức điều kỉĩién dòng

5

bao gồm pha trộn chất lỏng, tạo huyền p h ù hạt ràn và truyền nhiệt. Chương 4 giải thích các kiểu quá trình khíHòng. chương 5 giới thiệu các hoạt dộng thiết bị th ủ và tăng quy mô và chương 6 khảo sát các thiết k ế cơ k h í cơ bản. • Ngoài ra còn có cả phẩn hướng dẫn trong phòng thi nghiệm (chương 7). Chương này đề cập tới các thí nghiệm về mức tiêu thụ công suất của các cánh khuấy, xác định số công suất/số Reynolds, kết cáu tăm chắn, tạo huyên phừ t pha trộn chất lỏng dộ nhót thấp và chuyển khối khí-ỉỏng. Sách này dược giới thiệu như bước đẩu tiên trong việc khảo sát lĩnh vực khuấy trộn chất lỏng thực sự hứng thú. Hy vọng ràng bạn đọc sẽ hưởng ứng bàng cách mong muốn mở rộng thêm sự hiểu biết của mình về lỉnh vực khuấy trộn chất lỏng. Cuối cùng chúng tôi khuyên bạn đọc tim đọc thêm cuốn Công nghệ khuấy trộn chát lòng của J.Y.Oldshue (Chemical Engineering, M cG raw-H ill Publishing Company, 1983).

6

Chương 1. Mỏ ĐAU

QUÁ TRÌNH KHUẤY TRỘN Khuấy trộn chất lỏng đóng vai trò chính trong qui trình sàn xuất rất nhiẽu sản phẩm. Phần lớn các sản phẩm tiêu dùng và công nghiệp đểu đòi hỏi một kiểu khuấy trộn chất lỏng nào đđ khi điều chế và ứng dụng chúng. Khuấy trộn chất lỏng chác chắn là qui trình thường hay gặp nhất trong các ngành công nghiệp hđa chất (CPI) và cả ở các ngành công nghiệp có liên quan. Các sản phẩm thu được từ nhửng ngành công nghiệp thực phẩm, dầu mỏ, khai thác mỏ, dược phẩm, bột gi áy và giấy và hổ a chất cđ thể sẽ không khỏ. dụng nếu như không có thiết bị khuấy trộn chất lỏng và công nghệ khuấy trộn chất lỏng. Việc xử lý phế thải thành phố và công nghiệp và xử lý nước cũng bị kém đi nếu khớng cố các máy khuấy trộn chất lỏng, các thiết bị phun khí và các thiết bị tạo bông lắng. Hơn nừa, các máy khuấy trộn chất lỏng là rất cán thiết trong việc bảo vệ môi trường. Ví dụ, khử lưu huỳnh trong khí ống thải (FGD) - một quá trình giúp kiểm soát mức ô nhiễm không khí (mưa axit) - các máy khuấy trộn chất lỏng đổng vai trò quan trọng trong hấp thụ khí sunfurơ (S 02). Các yêu cầu của quá trình khuấy trộn thay đổi và bao gồm (chứ không phải giới hạn ở) quá trình pha trộn các chất lỏng độ nhớt thấp với các chất lỏng độ nhớt cao, tạo các hạt

7

rán lơ lửng trong chất lỏng, phân tán chất khí hoặc chất rán trong chất lỏng, chuyển khối và truyền nhiệt. Kiểu khuấy trộn riêng đối với một quá trinh đã cho cũng thay đổi từ chuyển động chát lỏng đơn giản, cẩn năng lượng tương đối thấp tới khuấy trộn cần nãng lượng cao đòi hỏi chất lỏng phải trượt và chảy rối ở mức độ cao. Cách phân loại chung các áp dụng trộn đối với các quá trình vật lý và hóa học như ở bảng 1 - 1 . 0 đây ta thấy rằng một nhóm ứng dụng riêng liên quan tới cả quá trinh vật lý lản quá trỉnh hóa học. Củng có nhiều quá trinh liên quan tới nhiều hơn một nhòm ứng dụng - ví dụ, lỏng - rán - khí và lỏng - lỏng - rán - khí. Bảng 7- 1. Các quá trình khuấy trộn Quả trình vật lý

Tạo thể Id lùng (huyền phù) Phân tán Nhũ tưổng hóa Pha trộn Bơm

Nhóm ứng dụng

Quá trình hóa học

Lỏng - rắn

Hoà tan

Lỏng - khí

Hấp thụ

Chất lỏng không trộn lẫn dược Chất lỏng trộn lẫn được Chuyển động của chất lỏng

Chiết Phản ứng Truyền nhiệt

MÁY KHUẤY TRỘN Máy khuấy trộn là thiết bị thường gồm bộ truyén động, trục và một hoặc nhiễu bộ cánh khuấy gắn trên trục. Bộ cánh khuấy là dụng cụ bát kỳ láp trên trục quay để luân chuyển vật liệu trong thùng trộn. Các cánh khuấy quay tạo ra sự thay thế lẫn nhau cùa vật liệu bên trong hệ thống để thỏa mãn yêư cấu cùa quá trình. 8

Có nhiểu loại bộ cánh khuấy khác nhau, bao gốm chân vịt, tuabin đai chán, tuabin đĩa, kiểu cái cào, kiểu cửa, mái chèo, tuabin cánh nghiêng V. V. . Nói chung, cổ thể phàn các bộ cánh khuấy thành hai nhóm lớn - cánh khuấy dòng chảy hướng trục và cánh khuấy dòng chảy hướng kính.

Hình ì - /. Cánh khuấy dòng

Hình ĩ -2 . Mô hình dòng chảy

chảy hưóng trục.

hướng trục điển hình.

Cánh khuấy dòng chảy hướng trục cđ hướng xả chính trùng với trục quay cánh khuấy. Hỉnh 1-1 cho thấy những ví dụ vé cánh khuấy dòng chảy hướng trục và hình 1-2 cho thấy mô hình dòng chảy hướng trục điển hình. Các cánh khuấy dòng chảy hướng kính có hướng xả chính vuông góc với trục quay. Các hình 1-3 và 1-4 minh họa các ví dụ v ề cánh khuấy dòng chảy hướng kính và các mô hình dòng chảy điển hình của chúng.

9

Các máy khuấy chất lỏng công nghiệp được chế tạo với một khoảng rộng các kích thước và kiểu cách để thích ứng với các điéu kiện khuấy trộn từ quy mô phòng thí nghiệm tới quy mô sản xuất lớn : 1. Máy khuấy phòng thí nghiệm - thường dưới 1/8 mã lực (0,1 kW), các bộ điéu khiển tốc độ láp trên vành đế với các kích thước cánh khuấy thích hợp với các ỉoại cốc và binh nhỏ trong phòng thí nghiệm (hình 1 - 5 ) .

Hình 1 -3 . Gánh khuấy dòng

chảy hữđng kính

Mỷ hìn* dòn9 chảy hưỏn9 kính điển hinh-

2. Máy khuấy trộn xách tay - thường là máy khuấy trộn 1/4 tới 3 mã lực (0,2 tới 2,2 k\V) cổ cơ cấu móc giữ thích hợp cho lắp trên mép bỉnh. Chúng thuộc loại xách tay vì chúng không cổ giá cố định và thường không cần nối thường xuyên với bộ khởi động. Loại này cổ thể không cần n ú t kin, không cần kẹp giữ và di chuyển nhanh từ binh này sang bình khác (hình 1-6).

Ố. JVlay knuay trọn lap pma tren - cong' sucii inuoug lu 5 tới 250 mã lực (3,75 tới 187 kW) hoặc lớn hơn, láp ở giá đỡ thường xuyên phía trên hoặc ngay trẽn đỉnh thùng khuấy (hinh 1-7). Có thể dùng các máy khuấy trộn đó với thùng kin hoặc hở. Trục máy thẳng đứng, có một hoặc nhiều cánh khuấy. Máy có trục bít kín đôi khi cán thiết tùy thuộc vào từng áp dụng

Hình 1 - 5, Máy khuấy trộn tốc độ

biến thiên dùng trong phòng thí nghiệm.

4. Máy khuấy trộn lắp ngang - công suất thường từ 1 tới 75 mã lực (0,75 tới 56 kW), láp trên gờ bên thùng thường ///„/, 7 - á Máy khuấy trộn gần đáy. Trục nằm ngang, truyền động bánh răng sách tay. xuyên vào thùng và lấp bộ cánh khuấy kiểu dòng chảy hướng trục (hình 1-8). Máy khuấy trộn láp ngang thường cần cơ cấu đệm trục khuấy. *) Xem chu (hích vể các lcý hiệu cảnh khuấy ỏ trang 41.

11

't

5. M áy k h u ấy trộ n lắp p h ía đáy - được lắp th ư ờ n g xuyên phía dưới đáy thùng. Với lo ạ i m á y k h u ấ y tr ộ n n ày th ư ờ n g c ẩn cơ cấu đệm kín (hình 1-9).

ềằ: Ề

6. Máy khuấy trộn tĩnh h ay k h ô n g c h u y ể n đ ộ n g những m áy này được chế tạo với các chỉ tiêu khuấy trộn tĩnh tại, nghiêng chéo nhau đặt liên tiếp trong ống dản. Năng lượng được cung cấp từ dòng chảy xuẩt phát từ một nguồn bơm, H ình 1 - 7 Gá đặt máy khuấy trộn

láp phía trên.

t

lư c h o ă c á p Iư c S ư v o . . t ' 'T .

^

trộn đạt được bằng cách tạo ra dòng chảy, đảo ngược sự quay cùa dòng chảy và kết hợp lại các th à n h p h ầ n củ a dòn g chày (hình 1-10). CÁC BỘ PHẬN CÙA THIẾT KẾ MAY KHUẤY TRỘN ~

,

. .

. „

H ình ì -8 . Máy khuấy trộn lắp ngang.

Có ba bộ phận chinh trong thiết kế máy khuấy trộn - thiết kố quá trình, các đặc trư ng công suất của bộ cánh khuáy và các chuẩn cứ thiết k ế cơ khí (bảng 1-2).

12

Hình J-V. Máy khuấy trộn lắp phia đáy.

B ảng 1 -2 .

Các bộ phận chính trong thiết kẽ máy khuấy trộn

/. Thiết kẽ quá ỉrìtih

- Chê độ chất lỏng cần thiết cho

quá trình - Cổ học chất lỏng của bộ cánh khuấy - Tăng quy mô 2. ũậc trưng c ôtig suấr củâ hộ cánh khuấy trộn

3. T hicĩ nC Lũ

- ĩ ốc độ bộ cánh khuấy, các mối quan hệ công suất và đưòng kính bộ cánh khuấy - Bộ cánh khuấy - Trục - Bộ truyền động

Thiết kế quá trình liên quan tới chế độ chất lỏng cẩn thiết (ví dụ, chảy rối, chuyển tiếp hoặc chảy thành lớp), cờ 13

học chất lỏng của bộ cánh khuấy (lưu lượng, độ chênh áp và sự trượt) và sự chuyển sang các kích thước bình khác nhau (tăng quy mô).

lli/ ì lì I - ỉ ọ. Máy khuấy trộn "không chuyến động".

Các đặc trưng công suất của bộ cánh khuấy liên hệ các ảnh hưởng kết hợp của các tỉnh chất chất lỏng, hình dạng bộ cánh khuấy, đường kính và tốc độ bộ cánh khuấy với công suất tiêu thụ. Các phán từ thiết kế cơ bao gốm bộ truyẽn động (bộ giảm tốc hoặc hộp số), trục ra bộ cánh khuấy, cơ cấu bít kín trục (khi cấn) và động cơ chính (phương tiện ban đẩu khiến máy chuyển động).

14

CÁC BIỂN KHUẤY TRỘN CHẢT LỎNG

Cổ một số biến khuấy trộn chát lỏng và tham số thiết kế vốn có thể ảnh hưởng tới kết quả của quá trinh. í Thuật ngữ kết quả quá trinh c*n' n^hĩa là cái chủng ta hy vọng đạt được trong thùng khuáv ' ví dụ, thời gian khuấy 3 phút, hiệu suất KKr, thê lơ lửng dếu, qui trình chuyển khối lượng nhanh V. V.). Tuy nhiên, những biến và tham số vốn quan trọng đôi với quá trình này có thế không quan trọng đối với quá trỉnh khác. Hơn nừa, điều quan trọng cẩn lưu ý là các dạc trưng còng suất cùa các bộ cánh khuấy là dộc lập VỚI két quả quá trinh. Như vậy, điểu cốt yếu là phái hiểu được công nghệ khuấy trộn chát lỏng cư bản và các chuẩn cứ để tăng hoặc giảm quy mô của các quá trinh.

Các biến liên quan tỏi các điều kiện khuấy trộn chặt lòng/điều kiện chuẩn Các ký hiệu sau '- - S

(2 .2 )

3. Tỉ số lực quán tính, F|, trên sức cáng bể mặt, Ffj, là số Weber, N We Fi N 2D*P l f = N We =

(2.3)

r r

N hững nhổm không thứ nguyên khác định nghía số công suất, N p, và số lưu lượng, N q :

18

Pz Nr = - 4 v N Dp

(2.4)

(tỉ số lực tác dụng trên khối lượng nhân gia tốc) Nọ =

Q I

L

N ir

(2.5)

(trong đó Q = năng suất bơm ban đáu của bộ cánh trộn)

Các quan hệ công suất phụ thuộc sỗ Reynolds

í 00

"1 II N

Nếu ta tiến hành các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác định các quan hệ của công suăt tiêu thụ cùa bộ cánh

7

c - £> 0/r=1/3

ỉ ị 1 1

II

//

M = 1.0 ỹ = 1,0 r p= Á}

10

I

i

/ỉ \ ị ŨJ — G,ỉ

] .

1

í ' ĩôc đữiơổngđổi, //

10

iiin li 2 - ì. Cônq suất tiêu thụ của bộ cánh khuấy phụ

thuộc vào tốc độ.

19

khuấy, tốc độ và đường kính của bộ cánh khuấy, tỉ trọng và độ nhớt của chất lỏng đối với một. thiết kế bộ cánh khuấy riêng, thỉ ta sẽ có thể tìm được ; 1. Cồng suất tiêu thụ của bộ cánh khuấy trong chất lỏng với độ nhớt và tỉ trọng không đổi sẽ tỉ lệ với tốc độ bộ cánh khuấy mũ ba (hình 2 - 1), 2. Nếu ta lặp lại thi nghiệm đối với một só đường kính bộ cánh khuấy khác nhau mà vẫn duy trì điéu kiện chuẩn và cùng hình dạng bộ cánh khuấy thì ta cố thể thấy công suất tiêu thụ tỉ lệ với đường kính bộ cánh khuấy mũ năm (hình 2-2).

Ilìtìh 2 -2 . Công suất tiêu thụ của bộ cánh khuấy phụ thuộc

vào tốc độ và dưòng kính.

20

3. Hơn nữa, nếu ta thay đổi :i trọng chất lỏng ta c thể thấy rằng công suất tiêu thụ tỉ lệ thuận với tỉ trọng, p ~ p (2.6) và đối với hiệu ứng toàn phẩn bao gồm tỉ trọng, tốc độ và đường kính p

~ N 3D5P

(2.7)

tỉ số p trê n N ì D5p tỉ lệ với công suất (khôn? thứ nguyên) N ~

p

( 2 .8 )

N 3D5P

CHẾ ĐỘ CHĂT LỎNG CỦA CÁC BỘ CÁNH TRỌN Gác bộ cánh khuấy hoạt động ở những chế độ chất lỏng khác nhau tùy thuộc vào sổ Reynolds của sự khuấy trộn. Cho mỗi loại cánh khuấy co một đường cong đặc tính riêng thể hiện mói quan hệ giữa iVp vả iVRe. Khi đò ta thu được các đường cong điển hỉnh như ỏ hỉnh 2-3. Hãy chú ỹ rằng các đường cong chia thành ba chế độ hay ba miển phân biệt - chảy theo lớp (chảy tấng), chuyển tiếp và chảyrối. Điều này tương ứng với các đường cong hệ số ma sát đối với dòng chảy trong các đường ống dẫn. ỏ miền chảy theo lớp {chảy tầng), số công suất thay đổi ti lê nghịch với số Reynolds. 0 miền chuyền tiếp, độ dốc thay đổi liên tục và ở miên chảy rối (trong thùng có tấm chắn) độ dốc không đổi (bàng không), bởi thế số công suất cũng không đổi trong miền chảy rối. Nếu ta cò ba thiết kế bô cánh khuấy khác nhaũ hoàn toàn thì có thể tạo ra ba đường cong riêng biệt như ký hiệu ở hỉnh 2-4. 21

10'

\

C h ây # & /? /? ỉứ p I

C h ư yê n f/ể p

V i

to’

ì

I I

r . 9 c /? á y r o /

rL*

-

^

........

—*

I , , . I 7 h u n g Cỡ /ầ m ch è n

r I

I 47” ¥

I

fơ -/

I I

\^__ỵ /wng Ảhông /ám chắn

.

I

ỈỠ

ia 7

I .

1Ỡ*

I

fp

------------ ---I ......... L.... I

/Ữ+

10*

S o ' R e y n o ld s Hình 2-3 . Các đưòng cong sổ công suất phụ thuộc sá

Reynolds điển hình ỏ hVìh dạng chuẩn.

Hình 2-4. N p phụ thuộc

đối vối ba kiểu bộ cánh khuấy khác nhau.

£

-

10

Khi so sánh số công suất của các thiết kế bộ cánh khuấy khác nhau thì phải giữ số Reynolds không đổi. Nhưng ở chế độ chảy rối iVp là hằng số đối với một thiết kế bộ cánh khuấy đã cho trong một khoảng rộng các sổ Reynolds. Điều nặy thường là cơ sở để so sánh, ví dụ, nếu ta nổi ràng số công suất đối với bộ cánh khuấy R là 5,0 và đối với bộ cánh khuấy A là 1,0 thl ta luôn ngấm hiểu là ở chế độ chảy rói, nếu khống đặc tả rõ khác đi. Bởi vì chế độ chảy rối bắt đầu ở những số Reynolds khác nhau đối với các bộ cánh khuấy khác nhau nên ta định nghỉa chế độ chảy rối đối với tất cả các bộ cánh khuấy JVRe > 105. ỏ giá trị này và cao hơn, tất cả các bộ cánh khuấy đều làm việc ở chế độ chảy rối. CÔNG SUẤT ĐƯA VÀO Công suất do bộ cánh khúấy bất kỳ đưa vào đêu sinh ra tác dụng bơm và cột áp do vận tốc vốn được biểu diễn như : p ~ QH

(2.9)

trong đđ p = công suất vào Q = lưu lượng hoặc nàng suất bơm H = cột áp do vận tốc. Cường độ khuấy trong vùng khuấy của bộ cánh khuấy được xác định bằng cột áp chất lỏng vốn tỉ lệ với tốc độ dịch chuyển (trượt) hoặc độ cuộn xoáy. Trong công nghệ khuấy trộn chất lỏng các thuật ngữ M cột áp" và "dịch chuyển" ("độ trượt*1) được dùng thay thế cho nhau, Hoặc thành phần lưu lượng ộ , hoặc thành phần cột áp H đểu có thể được nhấn mạnh sao cho lưu lượnglớn/cột ápnhỏ hoặc cột áp lớn/lưu lượng nhỏ đéu co thể được tạo ra 23

đối với cùng công suất vào p. Đối với công suất vào đã cho, hoạt động đòi hỏi lưu lượng cao sề cặn bộ cánh khuấy lớn ở tốc độ thấp, còn hoạt động đòi hỏi cột áp cao (hoặc dịch chuyển mạnh) sẽ sử dụng bộ cánh khuấy nhỏ ở tốc độ cao. Hai hoạt động đđ được gọi tương ứng là điều khiển luu lượng và điểu khiển dịch chuyển. N ãng suất bơm của bộ cánh khuấy khống chế tốc độ luân chuyển trong bình khuấy. Công suất vào của bộ cánh khuấy quay phụ thuộc vào hình dạng, dường kính D, tốc độ N của nđ, vị trí của nó trong bình khuấy và các tính chất vật lv của chất lỏng. Các tính chất chính của chất lỏng m à công suãt của bộ cánh khuấy phụ thuộc vào là tỉ trọng p và độ nhớt ỊLI , quan hệ điển hỉnh giữa công suất không thứ nguyên iVp và số Reynold? khuấy A^R„, được trình bày ở cảt hinh 2-3 và 2-4. CÁC TẤM CHÂN VÀ VỊ TRÍ BỘ CÁNH KHUẤY Tấm chán là những tấm kim loại phảng, thường gổm bốn tấm, gắn cách đềũ nhau vào thành bình. Nếu khôn^ cđ các tấm chán sẽ xảy va sự cuốn và xoáy và rấ t ít khí xảy ra sự trộn thực aự. Các thùng không cổ các tấm chấn thực tế không cổ các dòng thẳng đứng và không có các građien vận tốc mà cả hai lại cần cho sự khuấy trộn. Hơn nữa, xoáy hình thành khi không có các tấm chấn cđ th ể chứa các bọt khí gây ra tác dụng hoá học không mong muốn (ví dụ oxi hoá) hoặc tác dụng vật lý không mong muốn (vi dụ tạo bọt, sủi bọt). Công suất tiếu thụ của bộ cánh khuấy cũng được phản ánh ở mức độ chán. Ta xem lại hình 2-3, độ dốc của đường cong (AB) ở miển chảy thành lớp hoặc nhớt là xấp xỉ trừ một, Pp ~ (ATRe) 1 24

(2.10)

trong đó công suất tiêu thụ nhạy hơn nhiều với những thay đổi nhỏ của số Reynolds và nhu cáu về tám chán giảm dấn tới không cần. Dường cong ký hiệu CD ở hình 2- 3 cho thấy đáp tuyến còng suất trong thùng có tấm chắn, còn đường cong BE là đối với thùng không có tấm chán Khoảng chảy rói IÌ1 Ô tà máy khuấy vào hệ với chất lỏng độ nhớt thấp (số Reynolds cao). Hầu như luôn luôn cán tới các tấm chán đối với các hoạt động độ nhớt th ấ p của các máy khuãyJ lắpr từ phía trên. , - xu> ,u ^ u' u r Hình 2 -5 , Thùng khuây điên binh Thiết kế đúng các tấm vói các tâm ch^n chán trong thùng là điểu quan trọng đế có được các kết quả khuáy thòa đáng. Tạo ra sự chán thích hợp sẽ đảm bảo sự trộn tốt nhờ cung cấp mô hỉnh dòng chảy trong toàn mẻ trộn. Chán quá mức sẽ làm giảm lưu lượng khối và khoanh vùng sự trộn và cố thể dẫn tới tính nãng kém của quá trình. Môi trường khuấy trộn thích hợp bao gổm các thiết kế thùng và tấm chắn đúng và sử dụng hiệu quả công suất đưa vào.

Máy khuấy trộn lắp trên ở đường tâm thùng Phải có các tấm chán để khuấychất lỏng độ nhớt thấp khi các máy trộn láp trên nằm ở đườngtâm thùng. Điềunày cũng liên quan tới các máy trộn cô định (cờ xách tay) láp thảng đứng trên đường tâm thùng. Các tấm chán đảm bào

25

ring toàn bộ mẻ trộn sẽ đi qua vùng cánh khuấy có cường độ khuây tối đa. Các tác dụng khác khi sử dụng các tấm chán là chúng : ... tạo ra mô hình dòng chày cấn cho quá trình, ... hướng dòng chảy từ bộ cánh khuấy, tạo ra các dòng thảng đứng cẩn thiết và građien vận tốc cẩn thiết, ... thay đổi dòng chảy từ mô hình quay (về bàn tỉnh) sang mô hình trộn, ... ngãn ngừa cuốn, xoáy quá'm ức và cuốn khỏng khi vào, ... cài tiến nhiều độ chính xác nạp máy khuàv, ... đàm bảo rút công su ất ổn định, phù hợp, ... tạo ra các tài trọng trục hướng kinh đổng đều hơn (ít rung hơn) - một lý do cần xét khi thiết kế cơ để cổ các trục dài hơn. Hệ thông có tấm chán có thể gây ra những biến thiên công suất lớn, khiến khó nạp có hiệu quà và động cơ có thể dưới mức tài. Nếu khống có các tấm chắn thì chỉ cd thể có tác động khuẩy đơn giản nhất - đòi hỏi công suất vào rất thấp.

Đáp tuyến công suất ở chát lỏng độ nhớt thấp Dối với ch ất lỏng độ nhớt th ấ p [(độ nhớt chất lỏng < 50000 cP (50 Pa.s)] các thùng hình trụ thảng đứng thường được tran g bị bốn tấm chán, rộng 1/12 đường kính thùng, dựng thảng đứng dọc m ặt bên thùng và cách nhau 90°. Các tấm chán rộng hơn tạo ra các dòng trộn thẳng đứng mạnh hơn một chút nhưng chủng củng có th ể càn trở dòng chảy giảm lưu lượng khối và giàm mạnh chuyển động quay (luôn cẩn có một chuyển động quay nào đó). Mặc dù sử dụng bốn

26

tấm chán đã trở thành tiêu chuẩn chấp nhận chung trong nhiều nãm song các thiết kế bộ cánh khuấy dòng chảy hướng trục hiệu suất cao gẩn đây nhất chi cán có ba tấm chán. Dùng ít tấm chán hơn hoặc tám chán hẹp hơn sè có chuyển động quay mạnh hơn, hoặc lưu lượng khối tiếp tuyến lớn hơn, song làm giảm mức rút công suất của bộ cánh khuáy. Giảm mức rứt suát sẽ hạn chế năng lượng có thể cắp cho mè trộn. 0 những nìức công suât cao hơn sẽ phát triển cuốn xoáy khi các tam chán không thích hợp hoặc khi không có các tấm chán. Đặc tuyến công suất tương đối phụ thuộc vào sổ lượng

'Bà rong tâm cjian ■£>ùống kinh 1hưng ^ t á m chan iiẻơ chuẩn

* 6 ô íũ Dỏ rong ỉăm chán , °/o âưđnọ kinh ihung

Hình 2- 6. Đáp sô tuyến công suất tơổng đôi phụ thuộc kich

thưỏc và số lượng của các tấm chắn.

27

và độ rộng các tấm chán như ở hỉnh 2 - 6. Trị số đáp ứng cống suất 100% được gán cho các tấm chán tiêu chuẩn. (Các tâm chán tiêu chuẩn rộng 1/12 đường kỉnh thùng, số lượng là bốn và cách đéu nhau). Hãy chứ ý ràng khí giảm số lượng và/hoặc chiều rộng các tám chán (so với tiêu chuẩn) sẽ làm m ất nìát nhanh công suất do bộ cánh khuấy tạo ra, còn tãng sô lượng và/hoậc chiều rộng (quá tiêu chuẩn) lại ỉt ảnh hưởng tới sự táng công suất. Các tấm chắn, cũng như mọi thứ khác trong thùng khuây, chỉ được lỏn tới mức cần thiết. Hình 2 -6 đứng đối với các độ nhớt giữa 1 và 100 cP. Hỉnh này để chứng minh tác dụng của sự chắn không đủ tỏi cống suất tiêu thụ và cho thấy các máy khuấy có thể được tài chưa đủ như thế nào.

Ảnh hưởng của độ nhớt - chát lỏng Newton Khi độ nhớt của mẻ trộn tăng thì lực cản nhớt ở thành thùng và những vật trong thùng cũng tảng, do đđ giảm các tấm chán trong thùng đế có tải trọng đúng. Đối với chất lỏng thông thường hoặc chất lỏng Newton (trong đổ độ nhớt khổng phụ thuộc vào tốc độ dịch chuyển chất lỏng) thỉ phải giảm các tấm chán trong thũng đối với các bộ cánh khuấy dòng chảy cả hướng trục lẫn hướng kính khi độ nhớt tang (hình 2-7).

Ảnh hưởng của độ nhớt - chất lỏng phi Newton Chất lỏng phi Newton gặp khi khuấy thường là loại già dẻo íđộ nhớt biểu kiến giảm khi tốc độ dịch chuyển tảng). Vi các tốc độ dịch chuyển cao nhất gặp trong miền bộ cánh khuấy nôn đối với những chất lỏng phi Newton thường phài được giả hóa lỏng quanh bộ cánh trộn, còn thi ở các phấn xa trong thùng ítrẻn thành và ở bề mật mẻ trộn) thỉ vẫn giữ tỉnh. Các

28

tấm chán trong thùng làm táng xu hướng tù hâm và kích thước phài giảm hoặc trong một số trường hợp loại bò khi trộn các chất lỏng phi Newton.

10

1ồồ

500

1ỠỠŨ 2 SCO 5GO0 í co.

nhơt mề khuây cp Hình 2- 7. Chiêu rộng tấm phụ chắn thuộc vào độ nhỏt.

0 các môi trường nhớt các đặc trưng công suất của các bộ cánh trộn khác nhiểu so với đặc trưng công suất ở các chất lỏng độ nhớt tháp hơn. Điều này thể hiện rõ ở chế độ chảy thành ỉớp của đường cong sô công suất phụ thuộc số Reynolds (xem hình 2 - 3 - theo kinh nghiệm, các độ nhớt 50 000 cP c

(4.2)

trong đổ K q 3 là hệ số chuyển khối khí/lỏng p — Công suất V = Thể tích F = Vận tốc khí bé m ật a, 6 và c là hàm của các biến quá trỉnh Sự chuyển khối thường được hiểu theo quan hệ sau đây : Tốc độ chuyển khối = K Vji (Ac) trong đổ :

(4.3)

= Hệ số chuyển khối, h~l và Ac = Građien nồng độ

Động học phản ứng của quá trình chuyển khối khí-lỏng riêng thiết lập tốc độ chuyển khối lượng chung hoặc điéu kiện quá trinh. Sự đánh giá điển hình (hình 4.13) cho thấy rang hí ổ chuyển khối lượng chung cẩu thành từ hằng số hệ thông

84

K$ và diện tích trao đổi A, vốn bị ảnh hưởng bởi sự khuấy. Lực dẫn động Ac là biến hệ thống ảnh hưởng bởi áp suất riêng

tAấy b ò n ònh huơng /ơ/ 'diện 1ich h'j

V/éa Kiện quớ if inh

L .

HỆ s â =

V

Ks

A

í

AC

J ,hẻ diên í hông

Hình 4.13. Hệ sô chuyển khối lượng khi-lỏng chung cấu thành từ hằng

sô hệ thống, diện tích trao đổi và biến hệ thống.

phẩn của chất khí và hình dạng thùng. Ta luôn cần xác định bước nào của quá trinh bị giới hạn. Theo hình I 14, các khả năng chuyển khối lượng khí-lỏng của hệ phải được điều chỉnh theo hoặc các điểu kiện phản ứng lỏng-rán hoặc điều kiện phản ứng hđa học. Sự chuyển chất khí tới chất lỏng không đủ có thể hạn chế kết quả quá trinh, trong khi chuyển quá nhiều cđ nghĩa là chi phí cơ bản không cần thiết và chi phí vận hành quá sớm. Tác dụng khuấy đối với hệ só chuyển khối lỏng - rán Ks là hoàn toàn rõ ràng cho tới điểm đạt được huyén phù xa đáy. Ngoài điểm đổ, khi huyền phù đạt được độ đồng đều thì ảnh hưởng của khuấy tới K$ giảm (hình 4.15). 85

C huyên kh o I

ũ

m

k h i ỉ ó íìỹ

■ Phan ứng hóa hoe

Hình 4.14. Phải xác định duộc quá trình bị giới han.

Trong các quá trình chuyển khối khỉ-lỏng có mức công suất tối thiểu cần cho sự phân tán. Điểu này ngàn không cho chất khí dâng thẳng lên qua chất lỏng (hình 4.5). Sự phân tán đều chất khí (hình 4.6) phân bố các bọt khỉ trong toàn bộ thùng. Trong những ví dụ đó bộ cánh H100 được sử dụng vi Ĩ1 Ó tạo ra tóc độ trượt chất lỏng cao cùng với nang suất bơm cán thiết và nó tạo ra sự phân tán được điếu khiển. Các điéu kiện hệ thống đối với sự chuyển khối khỉ-lỏng quyết định mức công suát tối ưu và mức độ phân tán. Hinh 4.16 minh hoạ hai trường hợp trong đó các quá trình cồ thể hoặc bị hạn chế do tốc độ chuyển khối hoặc do tốc độ phản ứng. Trong cả hai hai trường hợp sự chuyển oxi đéu cần cho tiếp xúc khí-lỏng. Hình ở bên trái cho thấy sự

giảm oxi hoà tan (D.o.) theo thời gian và độ giảm tốc độ phàn ứng do hệ thống thiếu oxi. Hệ thống ở bên phài cho thấy mức

Xem thêm...

Bình luận

Bản quyền © 2017 SLIDEVN.COM Inc.