Bài giảng Quá trình thiết bị công nghệ hóa học: Chương 9 - Nguyễn Minh Tân

Vận$chuyển$chất$lỏng

Giảng&viên:&Nguyễn&Minh&Tân&
Bộ&mơn&QT7TB&CN&Hóa&học&&&Thực&phẩm
Trường&Đại&học&Bách&khoa&Hà&nội


Vận$chuyển$chất$lỏng
Muốn vận chuyển phải dùng bơm để cung cấp năng
lượng tạo nên sự chênh lệch áp lực để chất lỏng chảy
thành dịng
- Trong cơng nghiệp Hóa chất và thực phẩm, bơm
được dùng rất phổ biến và đa dạng.
- Phân loại bơm theo đặc trưng cấu tạo
Bơm thể tích
Bộ phân tịnh tiến hay quay của bơm làm thay đổi thể
tích bên trong, tạo thành áp suất âm ở đầu hút của
bơm và áp suất dương ở đầu đẩy của bơm, do đó thế
năng áp suất của chất lỏng khi qua bơm được tăng lên
Bơm ly tâm
Nhờ lực ly tâm tạo ra trong chất lỏng khi guồng quay
mà chất lỏng được hút vào và đẩy ra khỏi bơm
Bơm đặc biệt
Bao gồm các loại bơm khơng có bộ phân dẫn động
như động cơ điện, máy hơi nước, mà dùng luồng khí
hay hơi làm nguồn động lực. Ví dụ: Bơm tia, bơm sục
khí, thùng nén, xiphông,…


Vận$chuyển$chất$lỏng
Các thông số đặc trưng của bơm

năng suất, áp suất tồn phần, cơng suất, hiệu suất
Năng suất của bơm
Với mọi loại bơm, năng suất được tính bằng thể tích chất lỏng được bơm cung cấp trong một đơn vị thời gian
Q[m3/s] hoặc [m3/h]
Cơng suất của bơm
Được tính bằng năng lượng tiêu tốn để bơm làm việc
Với các loại bơm có bộ phận dẫn động như động cơ điện, máy hơi nước, cơng suất của động cơ được tính bao gồm các
dạng cơng thức sau:
Cơng suất hữu ích
Năng lượng mà bơm tiêu tốn để tăng áp suất cho chất lỏng, bằng tích số giữa áp suất tồn phần Δp (năng lượng riêng) và
lưu lượng của dòng chất lỏng: N hi = !gQH
Công suất trên trục của bơm
Để tạo ra công suất hữu ích cho bơm, cơng suất trên trục bơm phải bù thêm phần tổn thất do ma sát ở trục, đặc trưng
bởi hệ số hữu ích

!b

N tr =

N hi

!b

=

"gQH
!b

Cơng suất của động cơ
Động cơ cần tiêu tốn năng lượng lớn hơn năng lượng do bơm tiêu tốn, vì năng lượng được truyền từ động cơ đến bơm

một phần bị tốn thất do quá trình làm việc của động cơ, sự truyền động giữa trục động cơ và trục bơm do ma sát trên trục.
Được đặc trưng bởi hệ số động cơ và hệ số hữu ích

N dc =

N tr

!tr! dc

=

N hi

!tr! dc!b

=

N hi

!


Vận$chuyển$chất$lỏng
Vận$chuyển$chất$lỏng
Hiệu suất của bơm
η"là đại lượng đặc trưng cho mức độ sử dụng hữu ích năng lượng được truyền từ
động cơ đến bơm, chuyển thành động năng để vận chuyển chất lỏng, được gọi là
hiệu suất của bơm hay hệ số hữu ích.

N hi

= !b!tr! dc
N dc
Để bơm làm việc an tồn, thường chế tạo động cơ có cơng suất cao hơn cơng
suất tính tốn.
Tỷ số giữa cơng suất thực tế và cơng suất tính tốn gọi là hệ số dự trữ β

!=

N tt = !N dc

β thường được chọn phụ thuộc vào công suất động cơ.


Vận$chuyển$chất$lỏng
Áp suất toàn phần H
- Đặc trưng cho năng lượng riêng do bơm truyền lại cho một đơn vị trọng lượng chất lỏng.
- Được tính bằng chiều cao để nâng một kg chất lỏng nhờ năng lượng do bơm truyền cho, không phụ
thuộc vào độ nhớt và khối lượng riêng của chất lỏng.
Viết phương trình Bernoulli cho mặt I-I và I’-I’:

p1 w12
pv wv2
+
=
+
+ H h + hm.h
!g 2 g !g 2 g
Viết phương trình Bernoulli cho mặt I’-I’ và II-II:

pr wr2 p2 w22

+
=
+
+ H đ + hm.đ
!g 2 g !g 2 g
pv
p1 w12 ! wv2
=
+
! H h ! hm.h
"g "g
2g
pr
p2 w22 ! wr2
=
+
! H đ ! hm.đ
"g "g
2g
Chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra của bơm:

p

pv ! pr p2 ! p1 w22 ! w12 wv2 ! wr2
=
=
+
+
+ H đ + H h + hm
"g

"g
"g
2g
2g


Vận$chuyển$chất$lỏng
Thông thường: w1 và w2 gần bằng nhau nên:

w1 # w2 " w1 ! w2 = 0
Nên:

p

p2 ! p1 wv2 ! wr2
=
+
+ H t + hm
"g
"g
2g
Đặt chân không kế trên đường ống hút
Áp kế trên đường ống đẩy
Áp suất toàn phần:

p

pđ ! ph w22 ! w12
H=
=

+
+ hm
"g
"g
2g

pđ ! ph
H=
+h
"g


Vận$chuyển$chất$lỏng
Chiều cao hút của bơm
Chiều cao hút của bơm phụ thuộc:

#
p1 & pv wv2 ' w12
Hh =
' $$
+
+ hm.h !!
(g % (g
2g
"

- Áp suất thùng chứa (thường là áp suất khi quyển nếu là bể hở)
Chiều cao hút không vượt quá chiều cao cột chất lỏng ứng với 1at (phụ thuộc chiều cao đặt bơm so với mặt nước biển)

#

p1 & pbh wv2 ' w12
Hh (
' $$
+
+ hm.h !!
)g % )g
2g
"
- Áp suất vào của bơm (áp suất hút)
được quyết định bởi áp suất hơi bão hòa của chất lỏng, do đó phụ thuộc vào nhiệt độ. Trong thực tế, pv phải lớn hơn pbh
của chất lỏng được bơm.
Áp suất hơi bão hòa của chất lỏng tăng theo nhiệt độ, tại nhiệt độ sơi của chất lỏng, nó bằng áp suất khí quyển. Do
đó, khi nhiệt độ của chất lỏng tăng, chiều có hút sẽ giảm.
-Vận tốc và trở lực trên đường ống hút
Trở lực ma sát, quán tính guồng, hiện tượng xâm thực.
Hằng số trở lực do xâm thực được tính theo cơng thức thực nghiệm:
Q: năng suất của bơm, m3/s
n số vòng quay của trục bơm
H: áp suất toàn phần của bơm, m

(
Qn )
= 0,019
2

hxt

H

2

3

,m


Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm pittơng
Ngun tắc làm việc của bơm pittơng

Bơm$thể$tích

Cấu tạo:
- Phần thủy lực: phần trực tiếp vận chuyển chất lỏng
- Phần dẫn động: Truyền năng lượng từ động cơ đến bơm, làm chất lỏng chuyển động
Phân loại bơm pittông
- Phân loại theo: mục đích, điều kiện làm việc, tính chất chất lỏng cần vận chuyển
- Phân chia theo phương pháp dẫn động:
Bơm có dẫn động: động cơ truyền động qua tay biên quay
Bơm tác dụng bằng hơi: Pittông được nối trực tiếp với máy hơi nước và làm việc nhờ động
lực của máy hơi nước
Bơm tay
- Phân chia theo cách sắp đặt vị trí Pittơng:
Bơm nằm ngang
Bơm thẳng đứng
- Phân chia theo cách làm việc:
Bơm tác dụng đơn
Bơm tác dụng kép
Bơm vi sai

Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm tác dụng đơn
- Có 2 loại: nằm ngang, thẳng đứng
- Cấu tạo: một van hút, một van đẩy
- Sau mỗi vịng quay của trục thì pittơng chuyển động một luợt sang phải và một lượt sang
trái, chất lỏng được hút và đẩy ra khỏi xi lanh một lần
- Bơm làm việc khơng đều (nhược điểm chủ yếu)
Bơm nhúng chìm
Van đẩy ngay trên pittơng, khi pittơng chuyển
động lên phía trên, chất lỏng từ bể chứa, qua
van hút vào xi lanh, đồng thời khối chất lỏng
nằm trên pittôngđược đẩy vào ổng đẩy
Khi Pittơng chuyển động xuống phía dưới, van
hút đóng, van đẩy mở, chất lỏng phía dưới
pittơng chảy lên phía trên pittông
Sau một khoảng chạy của pittông (đi lên): lỏng
hút vào và đẩy ra đồng thời
Lúc pittông đi xuống, chạy không tải
Bơm làm việc không đều
Thuận tiện để bơm nước ở giếng sâu, lỗ khoan
(bơm có thể đặt ở lỗ sâu, xa mặt đất)


Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$thể$tích
Bơm tác dụng đơn
Bơm màng
Xi lanh và pittơng tách rời khỏi hộp van bằng một lớp màng đàn hồi
Dùng bơm các dung dịch ăn mịn mạnh vì pittơng và xilanh khơng tiếp xúc với mơi

trường ăn mịn, van và hộp van và màng được một lớp vật liệu chống ăn mòn bảo vệ


Bơm tác dụng kép

Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$thể$tích

Có tác dụng như 2 đơn tác dụng đơn
ghép lại với nhau, có 1 xi lanh, một
pittơng và 4 van
Sau mỗi vịng quay của trục, pittơng
chuyển động tới và lui một lần, bơm
hút và đẩy 2 lần
Pittông chuyển động về phía phải, chất
lỏng đươc hút vào buồng xi lanh bên
trái qua van hút, đồng thời đẩy chất
lỏng đã có trong buồng xi lanh bên
phải qua van đẩy vào ống đẩy
Pittơng chuyển động về phía trái, chất
lỏng được hút vào buồng xi lanh phải
qua van hút, đồng thời đẩy chất lỏng
đã có trong buống xi lanh trái vào ống
đẩy qua van đẩy
Ưu điểm: Chất lỏng được bơm đều
đặn hơn bơm tác dụng đơn
Nhược điểm: có nhiều van (bộ phận
hay hỏng)

Bơm vi sai

Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$thể$tích

Cấu tạo: có hai buồng A và b nối với nhau
bằng xi lanh chung , Pittơng có đường kính D
lớn và d nhỏ, d nhỏ nối trực tiếp với tay quay,
Buồng A có 2 van: hút và đẩy, Buồng B
khơng có van
Pittơng chuyển động sang phải: chất lỏng
được hút vào buồng A qua van hút, chất lỏng
trong buồng B được đẩy vào ống đẩy
Pittông chuyển động về bên trái: van hút
đóng, vai đẩy mở, chất lỏng chuyển động từ
buồng A sang buồng B, một phần chất lỏng ở
buồng A vào ống đẩy vì thể tích Buồng A lớn
hơn buồng B
Sau một lần quay của trục, bơm hút 1 lần và
đẩy 2 lần
Chọn D= 2d (thể tích buồng A = 2 lần buồng
B) để lượng chất lỏng chảy vào ống đẩy đều
đặn.


Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$thể$tích
Bơm tác dụng ba
Cấu tạo: 3 bơm tác dụng đơn
ghép lại thành một bộ có chung

ống hút và ống đẩy
Tay quay của 3 bơm có chung
một trục nhưng lệch nhau 120
độ
Chất lỏng được đưa vào ống
đẩy đều đặn hơn các loại bơm
nêu trên
Phân bố lực trên một vòng
quay của trục đều nên bánh đà
của bơm khơng cần kích thước
lớn


Vận$chuyển$chất$lỏng
Năng suất của bơm pittông
Năng suất của bơm tác dụng đơn

Q = 60 Fsn, m3 / h
!0 =

Qt
Q

Hiệu$suất$thể$tích$
vào$khoảng$0,8$–
0,95

Qt = !0Q = !0 60 Fsn, m3 / h
Năng suất của bơm tác dụng kép
-Khi Pittông chuyển động về bnên phải, lượng chất lỏng được hút vào xi lanh

bằng Fs, lượng chất lỏng đẩy ra là: (F-f)s.
-Khi Pittơng chạy về phía bên trái, lượng chất lỏng được hút vào là: (F-f)s và đẩy
ra là Fs.
-Sau mỗi vòng quay của trục, lượng chất lỏng được vận chuyển:

(F ! f )s + Fs = (2 F ! f )s, m3


Vận$chuyển$chất$lỏng
Năng suất của bơm vi sai
-Khi Pittông chuyển động về bnên phải, lượng chất lỏng được hút vào xi
lanh bằng Fs, lượng chất lỏng đẩy ra là: (F-f)s.
-Khi Pittông chạy về phía bên trái, chất lỏng chảy qua van đẩy là Fs, nhưng
thể tích xi lanh bên phải chỉ chứa được một lượng chất lỏng (F-f)s, còn
thừa một lượng fs ra ống đẩy
-Sau mỗi vòng quay của trục, lượng chất lỏng được vận chuyển:

(F ! f )s +

fs = Fs, m

3

Để chất lỏng được bơm đều:

(F " f )s =
-Năng suất lý thuyết:

fs, m3 ! F = 2 f

Q = 60n(2 F ! f )s, m / h
3


Vận$chuyển$chất$lỏng
Hiệu suất thể tích của bơm Pittơng
-Hiệu suất thể tích phụ thuộc:
- Độ ì của các van khi đóng và mở
- Độ kín và các đoạn nối
- Hiện tượng tích khí
- Những bơm có cấu tạo tốt có hiệu suất thể tích
đạt đến 0,97 – 0,99
Bơm khơng tốt: hiệu suất thể tích chỉ đạt <= 40%


Vận$chuyển$chất$lỏng
Đồ thị cung cấp của bơm pittơng
Tay biên quay góc 0 và 180 độ thì nằm ngang
- Khi trục quay được một vịng thì pittơng chuyển động được qng đường là 2s
- Mỗi phút trục quay được n vịng, pittơng chuyển động được 2sn
- Chiều dài tay biên L rất lớn so với bán kính pittơng
- Vận tốc quay của trục Ctr = const
- Vận tốc trung bình của pittơng:

2 sn 2rn
C=
=
= Ctr sin !
60
30

Ctr = wr
Cmax = Ctr =

Thể tích chất lỏng được hút:

!rn
30

!rn

Cmax
!
30
=
= = 1,57
2
rn
C
2
30

V = FC = FCtr sin !
V = FC = "rF sin !
30
" = s =!
n


Vận$chuyển$chất$lỏng

Đồ thị cung cấp của bơm pittơng

Đường kính xi lanh và số vòng quay của trục

"D

2

n
3
Qt =
s !0 , m / s
4 60
Năng suất thực tế:
- Phân loại bơm theo tốc độ quay:
- n = 45 – 60vòng/phút là bơm chậm
- n = 60 – 120vịng/phút là bơm trung bình
- n = 120 – 180 vòng/phút là bơm nhanh


Vận$chuyển$chất$lỏng
Đồ thị cung cấp của bơm pittơng

Đường kính xi lanh và số vòng quay của trục

"D 2

n
Qt =
s !0 , m3 / s

4 60

Với bơm dùng động cơ điện, số vịng quay cự đại là 250v/phút
- Với Bơm pittơng tác dụng kép, n = 50 -120v/phút
- Tỉ số s/D được cho theo vận tốc trung bình của pittơng, lựa chọn theo kinh nghiệm
thực tế, phụ thuộc vào cấu tạo của bơm, s/D = 0,8 – 8:
- Bơm nằm ngang: s/D = 1,4 – 3
- Bơm thẳng đứng: s/D = 0,9 – 1,5
Bơm nén thủy lực: s/D = 3 - 8
- Bơm nước: D<= 50mm, chọn C = 0,2 – 0,5 m/s
- Bơm nước: D<= 150mm, chọn C = 0,5 – 0,9m/s
- Bơm nước: D>= 50mm, chọn C = 1 – 2 m/s
- Bơm có nối trực tiếp vào bộ phận dẫn động thì C = 0,3 – 0,7 m/s


Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$thể$tích

Áp suất tồn phần và chiều cao hút của bơm
Giai đoạn hút:
2

Vận$tốc$chuyển$động$trung$
bình$của$Pittong

2
p1 w1
pv C
+
=

+
+ H1 + hm.h + hi1
!g 2 g !g 2 g

C2

pr
p2 w22
+
=
+
+ H 2 + hm.đ + hi 2
!g 2 g !g 2 g

Giai đoạn đẩy:

Áp suất tác dụng lên bơm chính là hiệu số áp suất hút và áp suất đẩy:

p

pv ! pr
w22 ! w12
=
= (H1 + H 2 ) + (hmh + hmđ ) + (hi1 + hi 2 ) +
"g
"g
2g

p1 = p2 = pa

Coi:

Thông thường
2

w1 " w2

p

nên

w1 ! w22
=0
2g

w2
= H = H o + !"
+ hi
#g
2g

p

pđ ! ph
w22 ! w12
=H =
+ ho +
"g
"g
2g

Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$thể$tích
Chiều cao hút của bơm pittơng:
2
2
p1 pbh wv ! C
Hh "
!
+
! hm.h ! hi1
#g #g
2g

Chiều cao hút của bơm phụ thuộc vào:
- Áp suất bình chứa
- Trở lực đường ống hút
- Lực qn tính của chất lỏng do pittơng chuyển động có gia tốc
- Vận tốc trung bình của pittơng
- Nhiệt độ của chất lỏng và số vòng quay


Vận$chuyển$chất$lỏng
Pittơng và Van

Bơm$thể$tích

Xi$lanh: thép,$gang,$sành,$…,$
mặt$trong$có$độ$nhẵn$cao

Pittong: thép,$bề$mặt$gia$cơng$
nhẵn

Van: Van$đĩa,$hình$vành$khăn,$
hình$cầu,$van$bản$lề


Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm cánh trượt

Bơm$thể$tích

Cấu tạo: vỏ, trục có xẻ rãnh, trong rãnh có các cánh trượt
- Nguyên tắc làm việc: Khi trục quay, theo tác dụng của lực ly tâm, các cánh
trượt văng ra phía ngồi ép sát thành vỏ, chia vỏ bơm thành 2 vùng hút và đẩy
- Năng suất: 2,5 – 60 l/s, áp suất 100 – 300m cột nước, n = 500 – 1500v/phút.
Hiệu suất = 0,7 – 0,95


Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm răng khía

Bơm$thể$tích

Cấu tạo: Hai bánh xe răng khía quay ngược chiều nhau, khớp với nhau được
đặt trong vỏ bơm. Một bánh dẫn động nhờ động có động cơ nối qua hộp giảm
tốc
- Nguyên tắc làm việc: Khi răng tách rời ra, tạo độ chân khơng, chất lỏng
chốn đầy chỗ 2 rãnh và cùng quay với nó. Khi 2 răng khớp nhau, áp suất tăng,

chất lỏng bị đẩy ra ngoài
- Năng suất: 0,3 – 2 l/s, áp suất 100 – 300m cột nước


Vận$chuyển$chất$lỏng

Bơm$ly$tâm
Phân loại bơm ly tâm
- Số bậc: một cấp, hai cấp
- Hướng trục bơm: nằm ngang, thẳng đứng
- Theo chuyển động của chất lỏng: có định hướng,
khơng định hướng
- Cấu tạo của cánh guồng: cửa vào chất lỏng hai phía
hoặc một phía
- Theo số vịng quay: bơm áp suất thấp (20m), trung
bình (20-60m) và áp suất cao (trên 60m)