Các quá trình cơ học-Chương 13: Khuấy chất lỏng docx

1. KHÁI NIỆM
2. CẤU TẠO CÁNH KHUẤY, QUỸ ĐẠO CHUYỂN
ĐỘNG LƯU CHẤT TRONG BỂ KHUẤY VÀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP GẮN CÁNH KHUẤY.
2.1.Cánh khuấy mái chèo
2.2.Cánh khuấy chong chóng – chân vịt
2.3.Cánh khuấy turbin
2.4.Cánh khuấy đặc biệt
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:
2.5.Phương pháp gắn cánh khuấy vào bình (tt)
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)
3. CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG

Bán kính hoạt động:
m;
0021,0
N.747

.15,0.aR
hd
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
h
ρξ=

Cường độ khuấy:
Chuẩn số Reynols khuấy
υ

=
µ
ρ
=
2
k
2
kh
k
d.nd.n.
Re
Công suất khuấy:
W;d.n KN
5
k
3
hN
ρ=
3. CÁC THÔNG 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 (h

k2
< d
k
) - q (m
3
/s): gọi tắt là lưu
lượng tuần hoàn
s
m
;d.n.e.K=q
3
3
k
m9,6
q
4. XÁC ĐỊNH VẬN TỐC CÁNH KHUẤY
4.1. Khi bình khuấy không gắn các tấm ngăn
( )
3
k
2
kN
kt
R
r.K
.r 4,0v
ξϕ
ω=
; m/s
4.2. Khi bình khuấy có gắn các tấm ngăn

( )
64,0
D
09,0
k
36,0
kk
kz
G.Re.
.Z
.r 55,0v
−








ϕ
ξ
ω=
; m/s
5. CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ QUÁ TRÌNH 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.t
C
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
5.6. Tính công suất khuấy
Có hai phương pháp tính công suất khuấy là:
Theo ma sát
Theo cường độ khuấyE (N/m
2
)
5.6.1.Tính công suất khuấy theo ma sát
W;dn KN
5
k
3
hN
ρ=
Trong đó K
N
: chuẩn số công suất, tìm bằng thực nghiệm
pm
k

5
k
3
h
N
Fr.Re.A
d.n.
N
K =
ρ
=
A, m, p: là hằng số và số mũ tìm bằng thực nghiệm hoặc dựa
vào giản đồ Ruston
5.6.1.Tính công suất khuấy theo ma sát (tt)
Giải đồ Ruston
5.6.1.Tính công suất khuấy theo ma sát (tt)

Xét từng trường hợp cụ thể sau đây:
5.6.2.Tính công suất theo cường độ khuấy E
( )
2
21
m
N
;,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

k
kk
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 ψ
1
, sau cùng
dựa vào công thức (13- 41) để tính thông số vận tốc thứ nhì ψ
2

Click vào đây để xem hình H13.9
5.6.2.1.Tính chuẩn số công suất (K
N
) 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 chuẩn số công suất (K
N
) theo đồ thị
Click vào đây để xem đồ thị hình H13. 11
Ghi chú: Chú ý khi tra cứu K
N
trước tiên ta phải xác định
đồng dạng G
D
, các giá trị trên hình (H13.11) và (H13.12) là
một tầng cánh khuấy Z
k
=1
Click vào đây để xem đồ thị hình H13. 11
5.6.2.3.Tính chuẩn số công suất (K
N
) theo pt chuẩn số
Dạng tổng quát: Với A, m: hằng số, số mũ tra bảng (13.8)
m
kN
Re.AK
=
5.6.2.4.Tính công suất khi có pha khí tham gia
W;d.n K=N
5
k
3
hNgg

ρ
Với:
ρ
h
: khối lượng riêng của dung dịch khuấy; kg/m
3
n: vận tốc cánh khuấy; v/s
d
k
: đường kính cánh khuấy; m
K
Ng
= M.K
N
; chuẩn 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
5
k

3
hN
ρ
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
( )
( )









÷=






÷=
÷=
6,16,0
D

H
3
1
5
1
d
h
45,2
d
D
h
k
k
3,0
k
6,0
k
h
1,1
k
d
h4
.
d
H
.
d3
D
f

























=

Loại mỏ neo, chữ U, khung
3,0
k
6,0
k

h
1,1
k
d
h.15
.
d
H
.
d11,1
D
f

























=

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
D
f















=
Sau khi tính công suất khuấy là tính công suất động cơ
W;K.
N
N
ddc
η
=
K
d
= (1,1 ÷ 1,4): hệ số dự phòng
η = (0,6 ÷ 0,7): hiệu suất khuấy
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
=
6. BÀI TẬP
Bài 1. Một bình khuấy, đường kính D = 2,4 m, chiều cao bình
H

t
= 3m, chiều cao mức chất lỏng trong bình H
h
= 2,8m, sử
dụng cánh khuấy turbin hở d
k
= 0,8m, số vòng quay cánh
khuấy n = 124,8 v/phút, bình không gắn tấm ngăn, môi trường
dung dịch khuấy có ρ = 1000 kg/m
3
, độ nhớt động học υ =
2.10
-6
m
2
/s. Hãy xác định hai thông số phân bố vận tốc ψ
1
và
ψ
2
?
Bài giải
Bài 2. Chế tạo huyền phù bằng cách trộn CaCO
3
có khối lượng
riêng ρ = 2710 kg/m
3
vào trong nước có khối lượng riêng ρ =
1000 kg/m
3

và độ nhớt động lực µ = 1cP bằng thiết bị khuấy
hình trụ D=0,6m, tỷ số chứa β = 0,8. Dùng loại cánh khuấy
mái chèo d
k
= 0,2m, số vòng quay n = 132v/phút, bình khuấy
không gắn tấm ngăn, biết nồng độ khối lượng pha rắn x = 4%.
Quá trình khuấy gián đoạn, năng suất G = 180 kg/mẻ. Tính:
•
Chiều cao bình khuấy H
t
•
Tính h
k1
biết độ ngập 3/5 huyền phù
•
Tính công suất động cơ biết K
d
= 1,4 và η = 80%
•
Tính thời gian khuấy một mẻ?