ĐỒ án môn học máy KHUẤY TRỘN TRONG CÔNG NGHIỆP đề tài THIẾT kế máy KHUẤY để tạo hỗn hợp của HAI CHẤT LỎNG NHỚT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
___***___

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
MÁY KHUẤY TRỘN TRONG CÔNG NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY KHUẤY ĐỂ TẠO HỖN HỢP CỦA HAI
CHẤT LỎNG NHỚT

Họ và tên : Nguyễn Đình Sơn
Lớp

: 64 ME

Hướng dẫn : GV. Vũ Liêm Chính

Hà Nội, 2023

MSSV : 169264


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM

BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

KHOA CƠ KHÍ
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY KHUẤY TRỘN TRONG CƠNG NGHIỆP
Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đình Sơn
Lớp: 64ME
I. Đầu đề thiết kế:

MSSV: 169264

Thiết kế máy khuấy để tạo hỗn hợp của hai chất lỏng nhớt.
II. Các số liệu ban đầu:
- Năng suất máy (m3/h):
- Độ nhớt động lực của hỗn hợp (Kg/m.s): 28
- Thể tích chất tham gia khuấy (%): 5
- Khối lượng riêng của hỗn hợp (kg/m3): 1100
- Sai số so với sai số chuẩn: 0,003
- Giả thiết chất lỏng Newton
III. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn
1. Đại cương về khuấy, trộn (đối tượng, chức năng, nhiệm vụ,...)
2. Khái niệm cơ bản về các cơ cấu khuấy trộn thường gặp, lĩnh vực ứng dụng...
3. Tính tốn thơng số cơ bản và lựa chọn phương án thiết kế
4. Tính tốn bền chi tiết và cụm chi tiết chủ yếu (theo nhiệm vụ được giao)
IV. Các bản vẽ
1. Bản vẽ hình chung của máy thiết kế (A0 hoặc A1)
2. Bản vẽ cụm thiết kế (A1 hoặc A2)
3. Bản vẽ chi tiết (A1 hoặc A2)
V. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế

ngày 5 tháng 4 năm 2023
2


VI. Ngày hồn thành nhiệm vụ thiết kế ngày
Bộ mơn thông qua

tháng

năm 2023
Cán

bộ

hướng

dẫn

3


CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ KHUẤY TRỘN
1. Khái niệm chung.
1.1 Các khái niệm khuấy trộn
Khuấy trộn:
- Là chuyển động cảm ứng của vật theo một phương xác định.
- Mơ hình thường là chu trình tuần hồn.
- Nó thường được thực hiện bên trong một container.
Khuấy trộn là một phương pháp theo đó việc trộn các pha có thể được thực hiện

và nhờ đó khối lượng và sự truyền nhiệt có thể được tăng cường giữa các pha
hoặc với các bề mặt bên ngồi. Theo nghĩa chung nhất, q trình trộn liên quan
đến tất cả sự kết hợp của các pha trong đó những pha xảy ra thường xun nhất
là
1. Khí với khí.
2. Khí vào chất lỏng: phân tán.
3. Khí với chất rắn dạng hạt: hóa lỏng, vận chuyển khí nén, sấy khơ.
4. Lỏng với khí: phun và ngun tử hóa (tán nhỏ).
5. Chất lỏng với chất lỏng: hòa tan, nhũ tương hóa, phân tán.
6. Chất lỏng với chất rắn dạng hạt: huyền phù.
7. Các loại bột nhão và chất rắn.
8. Chất rắn với chất rắn: trộn bột.
Tương tác của chất khí, chất lỏng và chất rắn cũng có thể xảy ra, như trong q
trình hydro hóa chất lỏng với sự có mặt của chất xúc tác rắn dạng sệt, trong đó
khí phải được phân tán dưới dạng bong bóng và các hạt rắn phải được giữ ở
dạng huyền phù.
Trộn:
- Các giai đoạn ban đầu riêng biệt được phân bố ngẫu nhiên, đưa vào và
xuyên qua lẫn nhau.
- Chất lỏng được khuấy trộn trong bể.
- Đáy bể được bo tròn
- Cánh quạt (impeller) tạo ra mơ hình dịng chảy.
- Bể quy mơ nhỏ (dưới 10 lít) được xây dựng bằng thủy tinh Pyrex.
- Đối với các bể phản ứng/lớn hơn, thép không gỉ được sử dụng.
- Thiết bị giảm tốc được sử dụng để kiểm soát tốc độ khuấy trộn.
- Luồng trộn: 3 mơ hình (luồng trục, luồng phân tán, luồng tiếp xúc).
Mục đích khuấy
Q trình khuấy cơ học được sử dụng nhằm mục đích:

4

1. 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 (lỏng- khí), huyền phù
(lỏng- rắn)...
2. Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt.
3. Tăng cường quá trình trao đổi chất bao gồm quá trình chuyển khối và
q trình hóa học 03 q trình này thực hiện với các hệ đồng thể và dị
thể khác nhau như hệ LỎNG - LỎNG, LỎNG - RẮN, LỎNG - KHÍ.

1.2 Các đối tượng
1.2.1 Huyền phù
Huyền phù (nổi lơ lửng, từ phù có nghĩa là nổi và huyền là treo hay đeo lơ lửng)
là một hệ gồm pha phân tán là các hạt rắn lơ lửng trong môi trường phân tán
lỏng (hỗn hợp dị thể); các hạt rắn không tan hoặc khó tan vào mơi trường phân
tán.
1.2.2 Đồng nhất hóa
Trong khuấy trộn, đồng nhất hóa là q trình đảm bảo rằng tất cả các thành phần
của hỗn hợp được phân bố đều trong toàn bộ dung dịch hoặc chất lỏng đang
được khuấy trộn. Q trình đồng nhất hóa trong khuấy trộn được sử dụng để
đảm bảo sự đồng nhất của sản phẩm cuối cùng, đồng thời cải thiện hiệu suất q
trình sản xuất. Các kỹ thuật đồng nhất hóa trong khuấy trộn có thể bao gồm việc
thay đổi tốc độ khuấy, áp lực, nhiệt độ, thời gian và các tham số khác để đảm
bảo các thành phần của hỗn hợp được khuấy trộn đều và đồng đều. Khi thực
hiện đúng cách, đồng nhất hóa trong khuấy trộn có thể đảm bảo chất lượng và
tính đồng đều của sản phẩm cuối cùng, tối ưu hóa hiệu suất sản xuất và giảm
thiểu sự lãng phí.
1.2.3 Tạo nhũ tương:
Tạo nhũ tương là quá trình tạo ra một hệ thống hai pha gồm chất lỏng và các hạt
rắn hoặc khí phân tán trong chất lỏng dưới dạng các hạt nhỏ. Nhũ tương được

tạo ra thông qua sự kết hợp giữa chất lỏng và các chất nhũ hóa, có khả năng
phân tán các hạt rắn hoặc khí trong chất lỏng và tạo ra một hệ thống nhũ tương
ổn định. - Khi tạo nhũ tương cần chú ý tới ba vấn đề: điều kiện cần thiết để tạo
nhũ tương, kích thước giọt và bề mặt tiếp xúc pha.
1.2.4 Truyền nhiệt
Truyền nhiệt trong quá trình khuấy trộn là q trình truyền đạt nhiệt từ mơi
trường xung quanh vào trong dung dịch đang được khuấy trộn. Quá trình này là
rất quan trọng trong các q trình cơng nghiệp và nghiên cứu, vì nó ảnh hưởng
đến hiệu suất và chất lượng của quá trình khuấy. Khi khuấy trộn, năng lượng cơ
5


học được truyền vào dung dịch, tạo ra sự chuyển động của các phân tử trong
dung dịch, làm tăng nhiệt độ của dung dịch. Đồng thời, nhiệt độ xung quanh
cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ của dung dịch. Quá trình truyền nhiệt cũng phụ
thuộc vào các yếu tố như diện tích bề mặt tiếp xúc giữa dung dịch và mơi trường
xung quanh, độ nhớt của dung dịch và tốc độ khuấy. Để đảm bảo quá trình
khuấy trộn đạt hiệu quả cao và không gây tổn hại đến chất lượng sản phẩm, cần
thiết phải thiết kế thiết bị khuấy phù hợp với quy mơ của q trình sản xuất và
chọn lựa điều kiện nhiệt độ và tốc độ khuấy phù hợp.
1.2.5 Phun hịa khí
Phun hịa khí trong khuấy trộn là một kỹ thuật được sử dụng để đưa chất khí vào
dung dịch trong quá trình khuấy trộn. Kỹ thuật này được sử dụng để tăng cường
khả năng hòa tan của chất khí trong dung dịch và đạt được sự phân tán đồng đều
hơn. Trong q trình này, chất khí được phun vào trong dung dịch bằng cách sử
dụng các vòi phun nhỏ hoặc các đầu phun áp lực cao để tạo thành các bong bóng
khí nhỏ. Các bong bóng này sẽ được khuấy trộn và hòa tan trong dung dịch,
giúp tăng tốc q trình hịa tan của chất khí.
Phun hịa khí trong khuấy trộn có ứng dụng rất rộng trong các ngành sản xuất
hóa chất, thực phẩm và dược phẩm. Nó được sử dụng để hịa tan các khí như

Oxy, CO2, Nitơ, hoặc các hợp chất hữu cơ trong dung dịch. Kỹ thuật này còn
được sử dụng để tăng tốc quá trình trao đổi khí - chất lỏng trong các q trình
oxy hóa, khử trùng, khử mùi, xử lý nước thải và nhiều ứng dụng khác.
1.2.6 Tạo dung dịch
Tạo dung dịch trong khuấy trộn là quá trình tạo ra một dung dịch bằng cách pha
trộn các chất hóa học với nhau trong một bình khuấy trộn. Khuấy trộn được sử
dụng để tăng tốc độ pha trộn và đảm bảo rằng các chất hóa học được phân tán
đều trong dung dịch.
Trong quá trình tạo dung dịch trong khuấy trộn, các chất hóa học được đưa vào
bình khuấy trộn cùng với một lượng nhất định của dung mơi, thường là nước.
Sau đó, bình khuấy trộn được bật lên để tạo ra một luồng lực xốy, giúp các chất
hóa học phân tán đều và tan hồn tồn trong dung mơi. Thời gian và tốc độ
khuấy trộn được điều chỉnh để đảm bảo rằng quá trình pha trộn diễn ra hiệu quả
và nhanh chóng.
Q trình tạo dung dịch trong khuấy trộn được sử dụng trong nhiều ứng dụng
khác nhau, bao gồm trong sản xuất hóa chất, dược phẩm, thực phẩm, và trong
các quá trình xử lý nước và môi trường.
1.3 Chức năng của máy khuấy trộn
6


1. Trộn đều: Giúp trộn đều các thành phần để tạo thành một sản phẩm đồng
nhất và chất lượng cao.
2. Hòa tan: Giúp hòa tan các thành phần trong một dung môi lỏng để tạo
thành một dung dịch hoặc hỗn hợp đồng nhất.
3. Pha trộn: Kết hợp các chất để tạo ra một sản phẩm mới với tính chất và
tính năng khác nhau.
4. Phản ứng hóa học: Giúp thực hiện các phản ứng hóa học bằng cách
khuấy trộn các chất lỏng và các chất tương tác với nhau.
5. Nghiền: Giúp nghiền, xay nhỏ các hạt để tạo ra một hỗn hợp mịn hơn.

6. Tạo bọt: Tạo ra bọt trong các sản phẩm

1.4 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy khuấy trộn
Cấu tạo

7


1.4 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy khuấy trộn
Cấu tạo

Hình 1:Máy khuấy trộn
1- Hệ dẫn động; 2- Khớp nối; 3- Ổ trục; 4- Thiết bị làm kín; 5- Ống; 6- Giá đỡ;
7- Cửa quan sát; 8- Vỏ ngoài; 9- Thùng khuấy; 10- Trục; 11- Cơ cấu khuấy;
12- Cửa xả
8


1. Hệ dẫn động – là bộ phận giúp truyền động từ động cơ đến trục khuấy, bao
gồm các bộ truyền động như bánh răng, dây đai, vòng bi,…
2. Khớp trục – là phần giúp kết nối trục khuấy với động cơ. Khớp trục cũng
đóng vai trị giúp trục khuấy quay một cách ổn định, không bị rung lắc hay
nghiêng trong quá trình khuấy trộn.
3. Ổ trục – giúp thiết bị khuấy quay một cách ổn định và tránh rung động.
4. Thiết bị làm kín – giúp tránh làm rị rỉ chất lỏng hoặc khí trong q trình
khuấy trộn và tránh bụi bặm từ ngoài vào.
5. Ống – nạp chất lỏng vào bình khuấy trộn.
6. Giá đỡ - giúp máy khuấy trộn vững chắc và ổn định trong quá trình sử dụng.
7. Cửa quan sát – cho phép người vận hành quan sát quá trình khuấy trộn cũng
như vệ sinh thùng khuấy khi cần thiết.

8. Vỏ ngoài – bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi các yếu tố bên ngoài như: bụi
bặm, ẩm ướt hoặc va đập.
9. Thùng khuấy – Chứa chất lỏng cần khuấy trộn.
10. Trục – truyền lực dẫn động từ hệ dẫn động đến cơ cấu khuấy.
11. Cơ cấu khuấy – tạo động lực để di chuyển chất lỏng trong bình khuấy, đảm
bảo hỗn hợp đều và đạt được mục đích khuấy trộn.
12. Cửa xả - cho phép người vận hành lấy mẫu và xả chất lỏng sau khi khuấy
trộn.
Nguyên lý làm việc của máy khuấy trộn:
- Hệ dẫn động bao gồm động cơ và bộ truyền động. Động cơ truyền
chuyển động cho các bộ truyền động sau đó sẽ truyền động đến trục
thơng qua khớp nối đồng thời ổ trục giúp đỡ trục quay . Cơ cấu khuấy
được gắn trên trục khi đó trục quay sẽ làm cho cơ cấu khuấy quay theo
tạo động lực di chuyển chất lỏng trong bình khuấy, đảm bảo hỗn hợp đều
và đạt được mục đích khuấy trộn . Vật liệu được cấp vào từ ống ( cửa
nạp) , trong quá trình khuấy cửa quan sát cho phép người vận hành quan
sát q trình khuấy trộn (cũng có thể vệ sinh thùng khuấy sau khi sử
dụng xong). Sau khi hoàn thành quá trình khuấy trộn chất lỏng nhớt sẽ
được xả ra từ cửa xả và cho phép người vận hành lấy mẫu
- Q trình khuấy đó được thực hiện trong thùng khuấy. Vỏ ngoài sẽ giúp
bảo vệ các bộ phân bên trong khỏi các yếu tố bên ngoài như : bụi bậm;
ẩm ướt hoặc va đập.
9


- Thiết bị làm kín giúp tránh làm rị rỉ chất lỏng hoặc khí trong q trình
khuấy trộn và tránh bụi bặm từ ngoài vào.
- Giá đỡ giúp cho máy khuấy trộn vũng chắc và ổn định trong quá trình
vận hành.

Chương 2: Các cơ cấu khuấy trộn thường gặp và lĩnh vực
ứng dụng
2. Cơ cấu khuấy và lĩnh vực áp dụng
ST
T

Tên cơ cấu
khuấy

1

Cơ cấu chân vịt

2

3

Cơ cấu khuấy
nghiêng

Cơ cấu khuấy
bản

Hình vẽ

Lĩnh vực áp dụng
- Thường 3 cạnh.
- Dòng chảy: hướng trục
- Vận tốc vòng :2 15 m/s
- đến 20 Pa.s

Ứng dụng:
- Đồng nhất
- Huyền phù, trao đổi nhiệt
- Cánh phẳng đặt nghiêng, 6
cánh phẳng,
- Vận tốc vòng (m/s): 4 10
- : 10 Pa.s
Ứng dụng:
- Đồng nhất hóa
- Tạo huyền phù
- Trao đổi nhiệt
- Thường 6 cánh hướng tâm
- Vận tốc vịng (m/s): 2 6
- (Pa.s): đến 10
Ứng dụng:
- Đồng hóa nhất → dịng
hướng kính
- Tạo nhũ tương
- Trao đổi nhiệt
10


4

Cơ cấu dạng
cánh

5

Cơ cấu dạng chữ

thập

6

7

Cơ cấu dạng
lưới

Cơ cấu mỏ neo

- Hịa khí 
- Thường 3 tay trộn đặt
nghiêng
- Dịng: hướng kính
- v(m/s): 3 8
- : đến khoảng 100 Pa.s
Ứng dụng:
- Đồng hóa nhất
- Tạo huyền phù
- Trao đổi nhiệt 
- Cánh bố trí nhiều bậc,
thường nghiêng 45°
- Dịng: hướng trục. tiếp
tuyến
- v(m/s): 2 6
- : đến khoảng 100 Pa.s
Ứng dụng:
- Đồng nhất hóa
- Hịa khí

- Trao đổi nhiệt 
- Dịng: tiếp tuyến
-v(m/s): 2 5
- : đến khoảng 10 Pa.s
Ứng dụng:
- Đồng nhất hóa
- Tạo huyền phù
- Hịa khí 
 - Cánh khuấy chia ra 2 bên
- Dòng: chủ yếu tiếp tuyến
-v(m/s): 1 6
- :đến khoảng 20 Pa.s
Ứng dụng:
- Trao đổi nhiệt

11


8

- Cánh khuấy có cánh phẳng
quấn dạng vít
- Dịng: hướng trục
-v(m/s): 0,5 1
- :đến khoảng 103 Pa.s
Ứng dụng:
- Đồng nhất hóa
- Trao đổi nhiệt 

Cơ cấu cánh vít

Chương 3 : Tính tốn tốn thơng số cơ bản
và phương án thiết kế
Xác định phương án thiết kế và tính tốn thơng số cơ bản của máy khuấy khi
đồng nhất hóa hai chất lỏng nhớt cho trước.
Thơng số đầu vào :
- Thể tích V = 0.8 m3
Ta có : V=
(m)
- Đường kính bể khuấy dB = 1,0m.
- Lượng thể tích chất tham gia khuấy: v = 5%.
- Độ nhớt động lực của hỗn hợp

= 28 kg/ms.

- Khối lượng riêng: = 1100 kg/m3.
- Sai số chuẩn: S = 0,003
S2 = 9.10-6)
- Giả thiết dòng chảy Newton.
Để xác định được phương án thiết kế bước đầu tiên phải chọn được dạng thiết bị
trộn hợp lý. Việc lực chọn này phụ thuộc rất nhiều yếu tố khác nhau cũng như chỉ
tiêu đánh giá tính hợp lý. Dưới đây là trình tự tính tốn mang tính khi tính tốn
thiết kế máy khuấy trộn.
3.1. Các dạng cụm dẫn động máy khuấy trộn
Cụm dẫn động máy khuấy trộn quyết định đến khả năng làm việc hiệu quả
hay không hiệu quả của máy khuấy trộn, nên việc bố trí cụm dẫn động phải được
lựa chọn cẩn thận. Hiện nay có rất nhiều dạng cụm dẫn động , tùy theo từng mục
12

đích của bài tốn đặt ra mà lựa chọn. Các dạng cụm khuấy trộn cũng như kết cấu
của nó đều xuất phát từ nghiên cứu thực nghiệm.
Các Hình 1, 2dưới đây là các dạng cụm dẫn động thường gặp trong công
nghiệp.

1: Bộ truyền đai; 2:
Động cơ; 3: Giá đỡ
động cơ; 4: Thùng
trộn; 5: Cánh dẫn
hướng;

6:

Cánh

trộn; 7: Ống khuếch
tán; 8: Cửa xả; 9:
Trục trộn; 10: Giá
đỡ trục; 11: Bao che
bộ truyền đai.

Hình 1: Máy khuấy trộn dẫn động qua bộ truyền đai

1: Động cơ liền hộp
giảm tốc; 2: Cụm ổ
đỡ; 3: Trục khuấy
trộn; 4: Cánh trộn
chân vịt; 5: Cửa xả;
6: Thùng trộn; 7:
Nắp thùng trộn; 8:

Cửa nạp; 9: Giá đỡ.
Hình 2 : Máy khuấy trộn dẫn động trực tiếp
13


3.2. Chọn sơ bộ cơ cấu khuấy :

Hình 3: Một số dạng cánh khuấy thường gặp
P: Chân vịt; SB: Cánh nghiêng (Tua bin); SE: Dạng bản; IM: Inter mix; B: 4 cánh; SN: Dạng
vít; W: Lồng vít.

Bảng 3.2: Ứng dụng một số dạng cơ cấu khuấy
Cơ cấu
khuấy
Dạng chân
vịt
Cánh
nghiêng (tua
bin)
Dạng tua bin
6 cánh
Inter mix

Miền sử dụng hợp lý
η (kg/ms)
Re
(Pa.s)

Lĩnh vực áp
dụng

a

10.000

5

H, S, E, W

SB

a-r

10.000

5

H, S, E

SE

r

-

10

E, B

IM

a-r

-

40

S, B, W

Viết
tắt

Dòng
chuyển động
chất lỏng

P

14


Dạng bản
Tuabin
Dạng vít
Lờng vít

B
BA
SN
W

r
r
a
a

-

50
100
100
100

H
H
H, S
H, W

H: Đồng nhất hóa; S: Tạo huyền phù; E: Nhũ tương hóa; W: Truyền nhiệt; B: Thốt khí.
a: Dịng chuyển động dọc trục; r: Dịng chuyển động hướng tâm.

Từ hình 3 và bảng (3.2) ứng với

= 28 kg/ms có các thơng số sau:

BA: Dạng tua bin 4 cánh khuấy.
SN: Dạng vít.
W: Dạng lồng vít (vít kép)
B: Dạng bản
P: Chân vịt

Kết luận
Để tạo được sự đồng nhất hóa và tạo dung dịch theo Bảng 3.1 thì chỉ có dạng cơ
cấu khuấy là dạng vít, dạng tua bin, dạng lồng vít và dạng bản là làm được. Ta
chọn sơ bộ cơ cấu khuấy dạng vít và tua bin 4 cánh khuấy .
3.3. Tính tốn thơng số cơ bản của cơ cấu khuấy máy thiết k
Chọn sơ bộ chuẩn Re (do chưa có thơng số n)
Từ bảng 3.1 chọn sơ bộ Re = 10
(Sau này tính chính xác hơn Re)
Với Re vừa chọn thì loại hệ thống khuấy BA và SN là đáp ứng tốt nhất.
Phương án A : Tính tốn thơng số cơ bản cho BA ( Vierlelattruhrer)

15


P: Dạng chân vịt; SB:
Cánh nghiêng (tua bin);
SE: Dạng bản;
IM: Inter mix;
B: Dạng 4 cánh;
SN: Dạng vít;
W: Dạng lồng vít;

Hình 4 : Hệ số công suất Ne theo Re của một số dạng

cơ cấu khuấy trộn [17]
a1 – Tra Ne (NewtonZahl) ở hình 4 ứng với Re = 10 có Ne ≈ 19
a2 – Tính đường kính cơ cấu khuấy (bảng 3.3)

Bảng 3.3. Kích thước chủ yếu của thùng khuấy
16

a2 – Tính đường kính cơ cấu khuấy (bảng 7.3)
dk = 0,5dB = 0,5m
a3 – Xác định số vòng quay n (7.16)
(7.16)
Suy ra:

( v/s )
a4 – Tính cơng suất:
(7.22)
(W)
a5 – Tính lại Re khi có sự khác biệt về n.
a6 – Tính tốn thời gian trộn.

17


Hình 5. Thời gian trộn khơng thứ ngun với độ lệch chuẩn S=0,05
a6 – Tính tốn thời gian trộn.
a61 – Từ (7.28) để xác định được thời gian trộn phải xác định được giá trị tc bằng
kết quá thí nghiệm ở điều kiện S=0,05; So = 3 và Se = 0,01667 nêu ở Hình 5.
Tra đồ thị ứng BA thời gian trộn không thứ nguyên Tm = 93.
Như vậy thời gian trộn ứng với thí nghiệm theo là:
s
Xác định hằng số thời gian tc ứng với Se = 0,01667 khi thí nghiệm từ phương trình
(7.27)

Suy ra

tc = 20,85 s

a62 – xác định thời gian trộn của máy yêu cầu.
a621 – xác định phương sai S0.
Từ (7.6) có:

Như vậy phương sai S0 là:

a662 – Tính mức độ sai khác Se (Segregationsgrad)
Từ điều kiện sai số chuẩn S = 0,003, ta có:

a623 – Tính mức độ trộn Mg (Mischungsgrad)

18


Hay Mg = 1 – 6,8810-4 = 0,9993
a624 – Xác định thời gian trộn
Từ (7.27) có:

Hay

=

Suy ra thời gian trộn

t≈ 152 s

Phương án B: Hệ thống trộn SN: vít (Schneckanrukrer)
b1 – Xác định hệ số Newton (Ne)

Từ Hình 4 ta có Ne = 14.
b2 – Xác định đường kính cánh khuấy
dk = 0,5dB = 0,5m
b3 – Xác định số vòng quay n
Từ
Có:

=0,5738 v/s

b4 – Xác định cơng suất:
(W)
Ne = 14
= 1100 kg/m3
n = 0,5738 v/s
d = 0,666 m.
Suy ra
P = 14.1100.(0,5738)3.(0,666)5 = 381 W
19


b5 – Tính lại để chọn được bộ thơng số hợp lý hơn nếu cần thiết.
b6 – Xác định thời gian trộn.
Tương tự như đã tính tốn cho phương án A ta có kết quả như sau
Thời gian trộn khơng thứ nguyên Tm (tra đồ thị hình 7.8)
Tm = 67
Thời gian trộn t05 khi thí nghiệm ứng với S = 0,05

s
Hằng số thời gian t0 ứng với Se thí nghiệm là 0,01667

Suy ra

= 28,5 s

B62 – Tính tốn thời gian trộn.
B621 – Tính phương sai

và

.

B622 -Tính sai khác S (Segregationsgrad)
Tương tự như a622 có:

B623 – Tính tốn mức độ trộn Mg

B624 – Xác định thời gian trộn thực tế
Từ (7.27) ta có:
20


Hay

6,88.10-4 =

Suy ra t = 208s.
Kết luận:
Việc chọn 2 phương án A và B với cơ cấu trộn khác nhau để cùng đạt được mức
độ đồng đều khi trộn như nhau nhằm đánh giá, xác định phương án hợp lý.
(Xem bảng)

Thơng số

A (BA)

B ( SN)

0,9993

0,9993

n(1/s)

1,018

0,5738

N(W)

689

381

t(s)

152

208

Phương án

Mg

Để đánh giá tính hợp lý của hai phương án đã chọn ta xét suất tiêu hao năng lượng
riêng E với:
E = N/Q ( Kw.m3)
Với:
N – Cơng suất dẫn động
Q – Năng suất

Hay:

Ta có :
21


Như vậy phương án B tốt hơn.
3.4. Một vài nhận xét
Từ nội dung nghiên cứu tổng quan trên có thể rút ra một vài nhận xét sau :
- Có nhiều loại máy khuấy trộn có thể thực hiện cùng một nhiệm vụ như nhau,
việc chọn phương án thiết kế nào phụ thuộc vào nhiều yếu tố có kinh
nghiệm của người thiết kế.
- Do việc tính tốn máy khuấy trộn chỉ là tính tốn gần đúng nên từ các chỉ
dẫn của các tài liệu khác nhau có thể dẫn đến sai khác nhất định về kết quả
tính tốn. Để có được kết quả tốt hơn có thể thực hiện tính cho nhiều
phương án khác nhau.
3.5. Tính tốn xác định các thơng số cơ bản của thùng khuấy
3.5.1.Lựa chọn hình dạng hình học đáy bể khuấy trộn
Tùy theo thành phần và yêu cầu dung dịch cần trộn khuấy trong thực tế
thường áp dụng 3 dạng khuấy khác nhau: đáy phẳng, đáy hình chuông và đáy bán
cầu. Theo mục đặc điểm chung của máy khuấy trộn dung dịch là tạo được dung

dịch đồng nhất giữa vật liệu, không xảy ra hiện tượng lắng đọng các hạt rắn nên
dạng đáy phẳng khơng phù hợp.

a)

b)

c)

Hình 2.1: Hình dáng hình học đáy bể khuấy trộn
a) Đáy phẳng;

b) Đáy hình chng;

c) Đáy bán cầu

Lựa chọn đáy bể khuấy trộn chỏm cầu vì đáy chỏm cầu tăng khả năng trộn
hỗn hợp vật liệu khi tạo được dòng chảy rối bên trong và không xảy ra hiện tượng
lắng đọng.

22


3.5.2 Thơng số hình học thùng khuấy trộn
Thơng số hình học
cơ bản của thùng khuấy để
tính kích thước cịn lại là
đường kính thùng dB và
đường kính cánh khuấy d.
Trên cơ sở năng suất của

thiết bị, các kích thước này
thường được tính tốn từ
thực nghiệm, theo tiêu
chuẩn hoặc dựa vào máy
mẫu có sẵn.
Hình 2.6 trình bày
các kích thước cơ bản của
bình khuấy

Hình 2.6: Các kích thước cơ bản của thùng
khuấy trộn [12]

- Ta có :
Thể tích V = 0.8 m3
Ta có : V=

(m)

Riêng với thông số zo, theo Bảng 2.2 dB = zo, nhưng trong q trình khuấy
trộn, phần thể tích đảm bảo chất lượng dung dịch chỉ đạt 95% từ đáy lên. Do vậy,
lựa chọn zo lớn hơn để đảm bảo lượng huyền phù trong 1 mẻ ra thoải mãn yêu cầu.
Chọn zo = 1,5 (m)

23


Bảng 2.2: Kích thước chủ yếu của thùng khuấy trợn [17]
Cơ cấu khuấy
trục vít

Kích thước
(m)

d/dB

z/d

α hoặc
S/d

z0/dB

z1/dB

z2/dB

bw/dB

zw/
dB

Ghi
chú

0,5

0,9

1,0

1

0,5

0

-

-

*)

*) Các kích thước ống dẫn hướng liên quan: ⅆ L ∕ d =1,1 ; z L ∕ z =0,666

3.4 Chọn động cơ
Theo tính tốn ở trên công suất N = 381 W, với số vòng quay 0,5738v/s (34,4
v/ph)
Ứng với máy thiết kế lựa chọn động cơ như sau, [bảng phụ lục P1.3- Thiết
kế dẫn động cơ khí tập 1]:
N = 0,55 (kW), n = 920 (v/ph)
Ký hiệu động cơ: 4A 71B6Y3 có các thông sô như sau:

Công suất
(kW)

Số vòng quay
(vg/ph)

Cos φ

η%

0,55

920

0,71

67,5

2,2

2,0

3.5. Thiết kế thùng khuấy
3.5.1. Tính tốn chiều dày vỏ thùng khuấy
-

Chọn vật liệu chế tạo vỏ thùng là thép CT38 có:
σk = 380.106 (N/m2), σch = 80.106 (N/m2);

-

Môi trường làm việc có trọng lượng riêng: ρ hp = 1100 (kg/m3);

-

Áp suất khí làm việc: ρk = 105 (N/m2);

-

Nhiệt độ làm việc, trường hợp ch̉n bị đở hỡn hợp x́ng khn: t = (45÷ 50) oC;

-

Chiều cao lớn nhất mà hỗn hợp chiếm chỗ: H= z w = 1,35 (m), theo Hình 2.6;

-

Trên thân thùng trộn có cửa, trong quá trình làm việc được nắp đậy kín nên coi như không ảnh
hưởng đến kết cấu thùng.

-

Thùng được chế tạo bằng công nghệ hàn theo dọc chiều dài thân, hàn giáp mối.

24


Áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thùng trộn theo tài liệu [10].
(N/m2)
Áp suất do chuyển động quay của cơ cấu trộn tác động vào chất lỏng và truyền lên thùng:
Khi cơ cấu trộn chuyển động thì chịu tác dụng của áp suất cản của môi trường theo định luật
Newton theo tài liệu [17] thì
Trong đó:
+ p1: Là áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thùng trộn (N/m2);
+ p2: Là áp suất cản của môi trường (N/m2);
+ v: Chuyển động tương đối của cánh trộn trong môi trường trộn (m/s)
v = R.ω = (d/2).ω = 0,3.71,2 = 21,3 (m/s)
+ ρhp: Trọng lượng riêng của hỗn hợp huyền phù ρ hp = 1650 (kg/m3);

+ C: Hệ số trở lực của môi trường, C = 0,64
Thay vào

(N/m2)

Áp suất tính toán trong thùng trộn theo tài liệu [11]
(N/m2)
Ứng suất cho phép giới hạn chảy:

(N/m2)
Chiều dày thân thùng trộn được xác định như sau:

Trong đó:
+ S: Chiều dày thùng, m;
+ Dt: Đường kính trong của thùng trộn, Dt = 1,8 (m)
+ σcp: Ứng suất cho phép của vật liệu làm thùng.
+

: Hệ số bền hàn.

+ C: Hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày (m);
C = C1 + C2 + C3 = (1,0 + 1,0 + 0,8).10-3 = 1,8.10-3 (m)
Thay các giá trị vào ta có:

25