Phúc trình thí nghiệm quá trình thiết bị bài cột CHÊM

Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
Trường Đại học Bách Khoa
Khoa Kỹ thuật Hố học
BỘ MƠN Q TRÌNH & THIẾT BỊ

Phúc trình thí nghiệm
Q trình & Thiết bị
Bài:

CỘT CHÊM

CBHD: Cơ Nguyễn Thị Như Ngọc
Sinh viên: Phạm Ngọc Thảo
MSSV: 1915197
Nhóm: 4
Lớp: L04
Ngày TN: 01/03/2022

Năm học 2021 – 2022

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

MỤC LỤC
1. TRÍCH YẾU..................................................................................................1
1.1.

Mục đích thí nghiệm...............................................................................................................1

1.2.

Kết quả thí nghiệm.................................................................................................................1

2. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM........................................................................2
2.1.

Độ giảm áp của dịng khí........................................................................................................2

2.2.

Điểm lụt của cột chêm............................................................................................................4

3. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM..................5
3.1.

Thiết bị thí nghiệm.................................................................................................................5

3.2.

Phương pháp thí nghiệm.........................................................................................................8

4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM............................................................................9
5. BÀN LUẬN..................................................................................................27
6. PHỤ LỤC.....................................................................................................29
6.1.

Thí nghiệm cột khơ...............................................................................................................29

6.2.

Thí nghiệm cột ướt...............................................................................................................31

7. TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................32

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

1. TRÍCH YẾU
1.1. Mục đích thí nghiệm
Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động của cột chêm bằng cách
xác định:
1) Ảnh hưởng của vận tốc dịng khí và lỏng lên tổn thất áp suất (độ giảm áp) khi đi
qua cột.
2) Sự biến đổi của hệ số ma sát cột khơ fck theo chuẩn số Reynolds (Re) của dịng
khí và suy ra các hệ thức thực nghiệm.
3) Sự biến đổi của thừa số  liên hệ giữa độ giảm áp của dịng khí qua cột khơ và
qua cột ướt theo vận tốc dòng lỏng.
4) Giản đồ giới hạn khả năng hoạt động của cột (giản đồ ngập lụt và gia trọng).
1.2. Kết quả thí nghiệm
Bảng 1. Số liệu thơ
G
(%)

L=0

L=0.2

L=0.4

L=0.6

L=0.8

L=1

L=1.2

L=1.4

L=1.6

L=1.8 L=2.0

∆ Pck

∆ Pư

∆ Pư

∆ Pư

∆ Pư

∆ Pư

∆ Pư

∆ Pư

∆ Pư

∆ Pư

∆ Pư

10
20
30

3
6
9

3
6
11

4
9
15

5
8

17

3
10
20

4
10
24

4
12
32

5
18
45

6
13
60

6
30
75

8
33
100

40
50
60
70
80
90
100

17
26
36
44
64
77
93

21
33
46
62
83
100
136

27
49
70
100
130
188

246

30
50
77
130
196
255

35
62
110
200

48
95
170

62
100
148

90
115

105

146

1

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

2. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM
2.1. Độ giảm áp của dịng khí
Độ giảm áp Pck của dịng khí qua cột phụ thuộc vào vận tốc khối lượng G của dịng khí
qua cột khơ (khơng có dịng chảy ngược chiều). Khi dịng khí chuyển động trong các
khoảng trống giữa các vật chêm tăng dần vận tốc thì độ giảm áp cũng tăng theo. Sự gia
tăng này theo lũy thừa từ 1,8 đến 2,0 của vận tốc dịng khí.

Pck   Gn
Với n = 1,8 – 2,0
Khi có dịng lỏng chảy ngược chiều, các khoảng trống giữa những vật chêm bị thu hẹp lại.
Dịng khí do đó di chuyển khó khăn hơn vì một phần thể tích tự do giữa các vật chêm bị
lượng chất lỏng chiếm cứ . Khi tăng vận tốc dịng khí lên, ảnh hưởng cản trở của dòng lỏng
tăng đều đặn cho đến một trị số tới hạn của vận tốc khí, lúc đó độ giảm áp của dịng khí
tăng vọt lên. Điểm ứng với trị số tới hạn của vận tốc khí này được gọi là điểm gia trọng.
Nếu tiếp tục tăng vận tốc khí quá trị số tới hạn này, ảnh hưởng cản trở hỗ tương giữa dịng
lỏng và dịng khí rất lớn, Pc tăng mau chóng khơng theo phương trình (1) nữa. Dịng lỏng
lúc này chảy xuống cũng khó khăn, cột ở điểm lụt.
Đường biểu diễn log(Pc/Z) (độ giảm áp suất của dịng khí qua một dơn vị chiều cao của
phần chêm trong cột) dự kiến như trình bày trên hình 1.

2

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

Hình 1: Ảnh hưởng của G và L đối với độ giảm áp của cột Pc

3

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

2.2. Điểm lụt của cột chêm
Khi cột chêm bị ngập lụt, chất lỏng chiếm tồn bộ khoảng trống trong phần chêm, các
dịng chảy bị xáo trộn mãnh liệt, hiện tượng này rất bất lợi cho sự hoạt động của cột chêm.
L.

Gọi giá trị của GL tương ứng với trạng thái này gọi là GL*

Hình 2: Giản đồ lụt của cột chêm

4

TIEU LUAN MOI download :

Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

3. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
3.1.

Thiết bị thí nghiệm

Thiết bị thí nghiệm gồm có:
1) Cột thủy tinh, bên trong là các vòng sứ Raschig xếp chêm ngẫu nhiên.
2) Hệ thống cấp khí gồm:
Quạt thổi khí BK.
Ống dẫn khí.
Áp kế sai biệt chữ U.
Lưu lượng kế khí F có độ chia từ 0 đến 100%.
3) Hệ thống cấp nước gồm:
Thùng chứa nước bằng thép không rỉ N.
Bơm chất lỏng BL.
Lưu lượng kế lỏng Fl có độ chia từ 0 đến 2,0.
Cột thủy tinh:
Đường kính d = 0,09 m.
Chiều cao H = 0,805 m.
Vật chêm xếp ngẫu nhiên, vịng Raschig đường kính 12,7 mm, bề mặt riêng a = 370 - 380
m2 /m3 , độ xốp  = 0,586.
Đường kính ống thép ở đáy cột D = 0,09 m

5

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

Hình 3: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm cột chêm

6

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

Các chi tiết trong sơ đồ thí nghiệm:
C: Cột chêm.
FK: Lưu lượng kế khí, V = 0,286 m3/phút.
g: Ống định mức chất lỏng ở đáy cột.
FL: Lưu lượng kế lỏng, GL = 5,805 lít/phút.
BK: Quạt có cơng suất 1,0 Hp.
BL: Bơm có cơng suất 0,5 Hp.
N: Thùng chứa chất lỏng.
L: Công tắc bơm
K: Công tắc quạt.
AK: Áp kế.

7

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị
3.2.

CỘT CHÊM

Phương pháp thí nghiệm
1) Khóa lại tất cả các van lỏng (từ 1 đến 4).
2) Mở van 5 và khóa van 6.
3) Bật cơng tắc quạt cho quạt chạy trong 5 phút để thổi hết ẩm trong cột. Tắt quạt,
nghỉ 5-10 phút.
4) Mở van 1 và 3. Sau đó bật cơng tắc bơm cho bơm chạy.
5) Chỉnh mức lỏng ở đáy cột ngang bằng với ống định mức g. Tắt bơm và khóa van 3.
6) Đo độ giảm áp của cột khơ:
a. Khóa tất cả các van lỏng lại. Mở van 6 còn 5 vẫn đóng. Cho quạt chạy rồi từ
từ mở van 5 để chỉnh lưu lượng khí vào cột.
b. Ứng với mỗi giá trị lưu lượng khí đã chọn ta đọc Pck trên áp kế U theo
mmH2O. Đo xong tắt quạt, nghỉ 5-10 phút.
7) Đo độ giảm áp khi cột ướt:
a. Mở quạt và điều chỉnh lưu lượng khí qua cột.
b. Mở van 1 và cho bơm chạy. Dùng van VL tại lưu lượng kế để chỉnh lưu lượng
lỏng (lưu lượng kế lỏng có vạch chia 0,1; 0,2; ...; 1,6). Nếu V L đã mở tối đa
mà phao vẫn khơng lên thì dùng van 1 để tăng lượng lỏng.
c. Ứng với lưu lượng lỏng đã chọn (ví dụ: 0,1; 0,2; ...) cố định, ta chỉnh lưu
lượng khí và đọc độ giảm áp Pck giống như Pck trước đó. Chú ý là tăng

lượng khí đến điểm lụt thì thơi.

Chú ý:
1) Trong q trình đo độ giảm áp của cột ướt, sinh viên cần canh giữ mức lỏng ở đáy
cột luôn ổn định ở ¾ chiều cao đáy bằng cách chỉnh van 2. Nếu cần, tăng cường van
4 để nước trong cột thoát về bình chứa (van 4 dùng để xả nhanh khi giảm lưu lượng
khí).
2) Khi tắt máy phải tắt bơm lỏng BL trước, mở tối đa van 4 sau đó tắt quạt BK.
3) Nếu sơ suất để nước tràn vào ống dẫn khí thì mở van xả nước ở phía bảng.
8

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

4) Khơng cho quạt chạy quá 5 phút, chạy xong phải nghỉ 5- 10 phút cho quạt nguội.

4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Bảng 2. Các trị số kết quả khi cột khô
G%

G,
kg/s.m2

10
20
30

40
50
60
70
80
90
100

0.087
0.175
0.262
0.349
0.437
0.524
0.611
0.699
0.786
0.873

DPck,
mmH2O
3
6
9
17
26
36
44
64
77

93

DPck,
N/m2
29.303
58.606
87.909
166.050
253.958
351.634
429.775
625.128
752.107
908.389

DPck/Z,
(N/m2)/m
48.838
97.676
146.514
276.749
423.264
586.057
716.292
1041.880
1253.511
1513.981

fck

Reck

logG

log(DPck/Z)

log(fck)

8.006
4.003
2.669
2.835
2.775
2.669
2.396
2.669
2.537
2.482

49.702
99.404
149.107
198.809
248.511
298.213
347.915
397.618
447.320
497.022

-1.059
-0.758
-0.582
-0.457
-0.360
-0.281
-0.214
-0.156
-0.105
-0.059

1.689
1.990
2.166
2.442
2.627
2.768
2.855
3.018
3.098
3.180

0.903
0.602
0.426
0.453
0.443
0.426
0.380
0.426

0.404
0.395

9

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

Đồ thị:

Bảng 3. Các trị số kết quả khi cột ướt

10

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

L = 0.2
G.
%
10
20

30
40
50
60
70
80
90
10
0

G,
kg/s.m
2

0.087
0.175
0.262
0.349
0.437
0.524
0.611
0.699
0.786
0.873

DPcư,
mmH2
O
3
6

11
21
33
46
62
83
100
136

DPcư,
N/m2
29.303
58.606
107.444
205.120
322.331
449.311
605.592
810.713
976.762
1328.39
6

DPcư/Z,
(N/m2)/
m
48.838
97.676
179.073
341.867

537.219
748.851
1009.32
1
1351.18
8
1627.93
7
2213.99
4

s
1.00
0
1.00
0
1.22
2
1.23
5
1.26
9
1.27
8
1.40
9
1.29
7
1.29
9

1.46
2

Recư

49.702
99.404
149.10
7
198.80
9
248.51
1
298.21
3
347.91
5
397.61
8
447.32
0
497.02
2

fcư

logG

8.00
6

4.00
3
3.26
2
3.50
3
3.52
3
3.41
0
3.37
7
3.46
1
3.29
5
3.62
9

-1.059

log
(DPcư/Z
)

logfcư

1.689

0.903

1.990

0.602

2.253

0.513

2.534

0.544

2.730

0.547

2.874

0.533

3.004

0.528

3.131

0.539

3.212

0.518

3.345

0.560

-0.758
-0.582
-0.457
-0.360
-0.281
-0.214
-0.156
-0.105
-0.059

11

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

Đồ thị

1
0.9

0.8
0.7

logfcư

0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

0

100

200

300

400

500

600

Rec

logfcư theo Rec tại L=0.2

12

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

L = 0.4
G.
%

10
20
30
40
50
60
70
80
90
100

G,
kg/s.m
2

0.087

0.175
0.262
0.349
0.437
0.524
0.611
0.699
0.786
0.873

DPcư,
mmH2
O

4
9
15
27
49
70
100
130
188
246

DPcư,
N/m2

DPcư/Z,
(N/m2)/

m

39.070

65.117

87.909

146.514

146.514

244.191

263.726

439.543

478.613

797.689
1139.55
6
1627.93
7
2116.31
8
3060.52
1
4004.72

5

683.733
976.762
1269.79
1
1836.31
3
2402.83
5

s

1.33
3
1.50
0
1.66
7
1.58
8
1.88
5
1.94
4
2.27
3
2.03
1
2.44

2
2.64
5

Recư

fcư

logG

log
(DPcư/Z
)

49.702

10.67
4

-1.059

1.814

1.028

6.004

-0.758

2.166

0.778

4.448

-0.582

2.388

0.648

4.503

-0.457

2.643

0.654

5.230

-0.360

2.902

0.719

5.189

-0.281

3.057

0.715

5.446

-0.214

3.212

0.736

5.421

-0.156

3.326

0.734

6.194

-0.105

3.486

0.792

6.565

-0.059

3.603

0.817

99.404
149.10
7
198.80
9
248.51
1
298.21
3
347.91
5
397.61
8
447.32
0
497.02
2

logfcư

Đồ thị:

13

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

logfcư theo Rec tại L=0.4
1.2
1

logfcư

0.8
0.6
0.4
0.2
0

0

100

200

300

400

500

600

Rec

14

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

L = 0.6
G.
%

10
20
30
40
50
60
70
80
90

G,

kg/s.m
2

0.087
0.175
0.262
0.349
0.437
0.524
0.611
0.699
0.786

DPcư,
mmH2
O

5
8
17
30
50
77
130
196
255

DPcư,
N/m2

DPcư/Z,
(N/m2)/m

48.838

81.397

78.141

130.235

166.050

276.749

293.029

488.381

488.381

813.968
1253.51
1
2116.31
8
3190.75
6
4151.23
9

752.107
1269.79
1
1914.45
4
2490.74
3

s

1.66
7
1.33
3
1.88
9
1.76
5
1.92
3
2.13
9
2.95
5
3.06
3
3.31
2

Recư

fcư

logG

log
(DPcư/Z
)

49.702

13.34
3

-1.059

1.911

1.125

5.337

-0.758

2.115

0.727

5.041

-0.582

2.442

0.702

5.004

-0.457

2.689

0.699

5.337

-0.360

2.911

0.727

5.708

-0.281

3.098

0.756

7.080

-0.214

3.326

0.850

8.173
8.401

-0.156
-0.105

3.504
3.618

0.912
0.924

99.404
149.10
7
198.80
9
248.51
1
298.21
3

347.91
5
397.61
8
447.32
0

logfcư

Đồ thị:

15

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

logfcư theo Rec tại L=0.6
1.2

1

logfcư

0.8

0.6

0.4

0.2

0
0.0000

50.0000 100.0000 150.0000 200.0000 250.0000 300.0000 350.0000 400.0000 450.0000 500.0000

Rec

L = 0.8
16

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị
G.
%

10
20

G,
kg/s.m
2

0.087

0.175

CỘT CHÊM

DPcư,
mmH2
O

DPcư,
N/m2

DPcư/Z,
(N/m2)/m

3

29.303

48.838

10

97.676

162.794

30

0.262

20

195.352

325.587

40

0.349

35

341.867

569.778

50

0.437

62

605.592

60

0.524

110

70

0.611

200

1074.43
8
1953.52
4

1009.32
1
1790.73
0
3255.87
4

s

1.00
0
1.66
7
2.22
2
2.05
9
2.38
5

3.05
6
4.54
5

Recư

fcư

logG

log
(DPcư/Z
)

8.006

-1.059

1.689

0.903

6.671

-0.758

2.212

0.824

5.930

-0.582

2.513

0.773

5.838

-0.457

2.756

0.766

6.618

-0.360

3.004

0.821

8.154

-0.281

3.253

0.911

10.89
2

-0.214

3.513

1.037

logfcư

49.702
99.404
149.10
7
198.80
9
248.51
1
298.21
3
347.91
5

17

TIEU LUAN MOI download :

Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

Đồ thị:

logfcư theo Rec tại L=0.8
1.2
1

logfcư

0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.0000

50.0000

100.0000

150.0000

200.0000

250.0000

300.0000

350.0000

400.0000

Rec

18

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

L = 1.0
G.
%

G,
kg/s.m2

10
20
30
40
50

60

0.087
0.175
0.262
0.349
0.437
0.524

DPcư,
mmH2O

4
10
24
48
95
170

DPcư,
N/m2

DPcư/Z,
(N/m2)/m

Recư

s

39.070

97.676
234.423
468.846

65.117
162.794
390.705
781.410

1.333
1.667
2.667
2.824

49.702
99.404
149.107
198.809

927.924
1660.49
6

1546.540 3.654 248.511
2767.493 4.722 298.213

fcư

10.67
4

6.671
7.116
8.006
10.14
1
12.60
2

logG

log
(DPcư/Z)

logfcư

-1.059
-0.758
-0.582
-0.457

1.814
2.212
2.592
2.893

1.028
0.824
0.852
0.903

-0.360

3.189

1.006

-0.281

3.442

1.100

Đồ thị:

logfcư theo Rec tại L=1.0

1.2
1

logfcư

0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.0000

50.0000

100.0000

150.0000

200.0000

250.0000

300.0000

350.0000

Rec

19

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

L=1.2
G.
%

G,
kg/s.m2

10
20
30
40
50
60

0.087
0.175
0.262
0.349
0.437
0.524

DPcư,
mmH2O

4
12
32
62
100
148

DPcư,
N/m2

DPcư/Z,
(N/m2)/m

s

Recư

39.070
117.211
312.564

65.117
195.352
520.940

1.333 49.702
2.000 99.404
3.556 149.107

605.592

1009.321 3.647 198.809

976.762
1445.60
8

1627.937 3.846 248.511
2409.346 4.111 298.213

fcư

10.67

4
8.006
9.488
10.34
1
10.67
4
10.97
1

logG

log
(DPcư/Z)

logfcư

-1.059
-0.758
-0.582

1.814
2.291
2.717

1.028
0.903
0.977

-0.457

3.004

1.015

-0.360

3.212

1.028

-0.281

3.382

1.040

20

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

Đồ thị

logfcư theo Rec tại L=1.2

1.1
1.05

logfcư

1
0.95
0.9
0.85
0.8
0.0000

50.0000

100.0000

150.0000

200.0000

250.0000

300.0000

350.0000

Rec

21

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

L=1.4
G.
%

G,
kg/s.m2

10
20
30
40
50

0.087
0.175
0.262
0.349
0.437

DPcư,
mmH2O

4

12
32
62
100

DPcư,
N/m2

39.070
117.211
312.564
605.592
976.762

DPcư/Z,
(N/m2)/m

s

Recư

fcư

10.67
65.117
1.333 49.702 4
195.352 2.000 99.404 8.006
520.940 3.556 149.107 9.488
10.34
1009.321 3.647 198.809 1

10.67
1627.937 3.846 248.511 4

logG

log
(DPcư/Z)

logfcư

-1.059
-0.758
-0.582

1.814
2.291
2.717

1.028
0.903
0.977

-0.457

3.004

1.015

-0.360

3.212

1.028

Đồ thị

22

TIEU LUAN MOI download :


Thí nghiệm q trình thiết bị

CỘT CHÊM

logfcư theo Rec tại L=1.4
1.2
1.18
1.16

logfcư

1.14
1.12
1.1
1.08
1.06
1.04
1.02
0.0000

50.0000

100.0000

150.0000

200.0000

250.0000

300.0000

Rec

L=1.6
G.
%

G,
kg/s.m2

10
20
30
40

0.087
0.175
0.262

0.349

DPcư,
mmH2O

6
13
60
105

DPcư,
N/m2

DPcư/Z,
(N/m2)/m

58.606
126.979

97.676
211.632

586.057
1025.60
0

s

Recư

fcư

16.01
2
8.673
17.79
976.762 6.667 149.107 1
17.51
1709.334 6.176 198.809 3
2.000 49.702
2.167 99.404

logG

log
(DPcư/Z)

logfcư

-1.059
-0.758

1.990
2.326

1.204
0.938

-0.582

2.990

1.250

-0.457

3.233

1.243

23

TIEU LUAN MOI download :