Chương 13. Khuấy chất lỏng

CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 1. KHÁI IỆM CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 2. CẤU TẠO CÁH KHUẤY, QUỸ ĐẠO CHUYỂ ĐỘG LƯU CHẤT TROG BỂ KHUẤY VÀ CÁC PHƯƠG PHÁP GẮ CÁH KHUẤY. 2.1.Cánh khuấy mái chèo CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 2.2.Cánh khuấy chong chóng – chân vịt CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 2.3.Cánh khuấy turbin CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 2.4.Cánh khuấy đặc biệt CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 2.5.Phương pháp gắn cánh khuấy vào bình
Tùy theo vị trí hoặc yêu cầu công nghệ mà có những phương pháp sau đây: a) Trục khuấy song song trục bình b) Trục khuấy tạo một góc α với trục bình c) Trục khuấy vuông góc với trục bình d) Khi chiều cao bình gấp ba lần đường kính bình thì lắp nhiều tần cánh khuấy e) Khi trong bình có gắn tấm ngăn (tấm chặn – vật cản)
Hình (H13.6) mô tả các phương pháp gắn cánh khuấy khác nhau: CHƯƠG 3. KHUẤY CHẤT LỎNG 2.5.Phương pháp gắn cánh khuấy vào bình (tt) CHƯƠG 3. KHUẤY CHẤT LỎNG 2.5.Phương pháp gắn cánh khuấy vào bình (tt) So sánh hai trường hợp khi bình chứa có tấm ngăn và không (xem bảng 13.1) CHƯƠG 3. KHUẤY CHẤT LỎNG 3. CÁC THÔG SỐ ĐẶC TRƯNG
Bán kính hoạt động: m; 0021,0 N.747 .15,0.aRhd µ =
Hiệu suất khuấy: ;%100. V+.V .V = rr rr ρρ ρ η
Các đại lượng hình học:
Lực ma sát ngoại: N; 2 v ..A.F 2 hρξ=
Cường độ khuấy: ChuNn số Reynols khuấy υ = µ ρ = 2 k 2 kh k d.nd.n.Re Công suất khuấy: W;d.n..KN 5k 3 hN ρ= CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 3. CÁC THÔG SỐ ĐẶC TRƯNG (tt)
Thông số động học Thể hiện qua vận tốc quay cánh khuấy; (v/s) Vận tốc góc ω của trục Vận tốc của dung dịch, vận tốc này có 3 dạng
Công suất khuấy riêng ε; là công suất tính cho một đơn vị chất lỏng trong bình
Sự chuyển động tuần hoàn của dung dịch trong bình khuấy khi hoạt động với điều kiện (hk2 < dk) - q (m3/s): gọi tắt là lưu lượng tuần hoàn s m;d.n.e.K=q 33 k m9,6 q CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 4. XÁC ĐNH VẬ TỐC CÁH KHUẤY 4.1. Khi bình khuấy không gắn các tấm ngăn ( )3k 2 kN kt R.. r.K .r..4,0v ξϕω= ; m/s 4.2. Khi bình khuấy có gắn các tấm ngăn ( ) 64,0D09,0k 36,0 kk kz G.Re. .Z .r..55,0v −      ϕ ξ ω= ; m/s CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 5. CHẾ ĐỘ CÔG GHỆ QUÁ TRÌH KHUẤY 5.1. Hàm phân bố thời gian Trong quá trình khuấy, khi vận tốc tăng thì thời gian khuấy giảm, nó được biểu thị bằng mối quan hệ const G n.tC 2 D k == 5.3. Sự trao đổi nhiệt trong bình khuấy 5.3. Sự hòa tan và đồng hóa 5.3.1. Khi không có tấm ngăn 5.3.2. Khi có tấm ngăn 5.4. Huyền phù hóa 5.5. Nhũ tương hóa CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 5.6. Tính công suất khuấy Có hai phương pháp tính công suất khuấy là: Theo ma sát Theo cường độ khuấyE (N/m2) 5.6.1.Tính công suất khuấy theo ma sát W;dn..KN 5k 3 hN ρ= Trong đó KN: chuNn số công suất, tìm bằng thực nghiệm pm k5 k 3 h N Fr.Re.Ad.n. NK = ρ = A, m, p: là hằng số và số mũ tìm bằng thực nghiệm hoặc dựa vào giản đồ Ruston CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 5.6.1.Tính công suất khuấy theo ma sát (tt) Giải đồ Ruston CHƯƠG 3. KHUẤY CHẤT LỎNG 5.6.1.Tính công suất khuấy theo ma sát (tt)
Xét từng trường hợp cụ thể sau đây: CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 5.6.2.Tính công suất theo cường độ khuấy E ( ) 221 mN;,fE ψψ=Công suất khuấy có dạng tổng quát sau: Khi cánh khuấy chuyển động trong dung dịch thì trở lực đặc trưng bởi đại lượng 225,0 kkk m N ; R.Z. E ξ ϕ = Khi tính toán, trước hết dựa vào điều kiện cụ thể đã cho để tính thông số trở lực E theo (13 – 40), kế đó là dựa vào đồ thị hình (H13.9) để tìm thông số vận tốc thứ nhất ψ1, sau cùng dựa vào công thức (13- 41) để tính thông số vận tốc thứ nhì ψ2 Click vào đây để xem hình H13.9 CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 5.6.2.1.Tính chuNn số công suất (KN) theo phương pháp giải tích
Khi không có tấm ngăn: 1kN K..4K ξ=
Khi có tấm ngăn: pkkN K.Z..4K ξ= 5.6.2.2.Tính chuNn số công suất (KN) theo đồ thị Click vào đây để xem đồ thị hình H13. 11 Ghi chú: Chú ý khi tra cứu KN trước tiên ta phải xác định đồng dạng GD, các giá trị trên hình (H13.11) và (H13.12) là một tầng cánh khuấy Zk=1 Click vào đây để xem đồ thị hình H13. 11 CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 5.6.2.3.Tính chuNn số công suất (KN) theo pt chuNn số Dạng tổng quát: Với A, m: hằng số, số mũ tra bảng (13.8)mkN Re.AK = CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 5.6.2.4.Tính công suất khi có pha khí tham gia W;d.n..K=N 5k 3 hNgg ρ Với: ρh: khối lượng riêng của dung dịch khuấy; kg/m3 n: vận tốc cánh khuấy; v/s d : đường kính cánh khuấy; mk KNg = M.KN; chuNn số công suất có sục khí 5.6.2.5.Hiệu chỉnh công suất khuấy Nếu các đồng dạng hình học thì phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh f vào công thức (13 – 5) nghĩa là 3 d H d D k h k ≠≈ W;f.d.n..K=N 5k 3 hN ρ CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 5.6.2.5.Hiệu chỉnh công suất khuấy (tt) Hệ số f phụ thuộc vào cấu trúc cánh khuấy như sau:
Loại bản, tấm, mái chèo Khi ( )          ÷= ÷= 11h 45,2 d D k 3,06,0 h 1,1 h4HD             = ( )   ÷=  6,16,0 D H 35d h k kkk d . d . d3 f            
Loại mỏ neo, chữ U, khung 3,0 k 6,0 k h 1,1 k d h.15 . d H . d11,1 Df                   = CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
Loại chong chóng, turbin kín, hở 5.6.2.5.Hiệu chỉnh công suất khuấy (tt) 6,0 h 93,0 k D H . d.3 Df             = Sau khi tính công suất khuấy là tính công suất động cơ N W;K.N ddc η = Kd = (1,1 ÷ 1,4): hệ số dự phòng η = (0,6 ÷ 0,7): hiệu suất khuấy CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG 5.7. Xác định số vòng quay của cánh khuấy Thường số vòng quay được xác định bằng thực nghiệm theo: s v; d v.20 n k th = Với vth: vận tốc tới hạn cánh khuấy, bảng (13 – 10)