KHUẤY - TRỘN CHẤT LỎNG doc

Khuấy chất lỏng
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
1
Khuấy chất lỏng

  

Nguyễn Thị Hòa Khái niệm,cấu tạo và
nguyên lý hoạt động
Bài tập 5
Nguyễn Thị Thúy
Hồng
Khái niệm,cấu tạo và
nguyên lý hoạt động
Bài tập 3
Nguyễn Thị Thanh
Huyền
Khái niệm,cấu tạo và
nguyên lý hoạt động
Bài tập 4
Kiều Thị Huyền Các thông số đặc trưng của
hệ khuấy
Bài tập 2
Trần huỳnh Hoa Ưu diểm và nhược điểm
Bài tập 1
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
2
Khuấy chất lỏng

Trong lĩnh vực sản xuất hóa chất và chế biến thực phẩm
thường phải sử lý các nguyên liệu, các bán thành phẩm và các

sản phẩm dưới dạng vật liệu rời, vật liệu khí (hơi) hoặc hỗn
hợp của các dạng nói trên.
Khuấy trộn chất lỏng là một là một phương pháp quan trong
và cần thiết được ứng dụng rộng rãi trong các ngàng công
nghiệp hóa chất và thực phẩm để tạo dung dịch huyền phù, nhũ
tương, để tăng cường quá trình hòa tan, truyền nhiệt, chuyển
khối và quá trình hóa học .
Trong bài tiểu luận này nhóm sẽ trình bày về khuấy trộn chất
lỏng bằng cơ khí. Nghĩa là quá trình khuấy trộn được thực hiện
nhờ cánh khuấy,thùng khuấy. Trong bể khuấy quá trình được
tiến hành đồng thời hoặc liên tiếp với thờ gian ngắn và dòng
không dài.
Trong bài còn nhiều thiếu sót mong nhân được sự góp ý
của thầy
Chân thànhcảm ơn !
 !"
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
3
Khuấy chất lỏng
Khuấy trộn là một quá trình cơ học được dùng rất nhiều trong
các quá trình sản xuất thực phẩm nhằm tăng cường các quá trình
truyền nhiệt hoặc để thu được một hỗn hợp đồng nhất từ nhiều cấu
tử trộn lại. Ngoài ra khuấy trộn còn được dùng nhiều để làm tan
nhanh chất rắn trong lỏng hoặc tăng cường các phản ứng hóa học
trong hỗn hợp.
Khuấy trộn là một hoạt động quan trọng trong nhiều giai
đoạn khác nhau của quá trình xử lí nước thải nhằm:
(1) Trộn lẫn hoàn toàn chất này với chất khác.
(2) Khuấy trộn duy trì các chất rắn lơ lửng ở trạng thái lơ
lửng.

(3) Khuấy trộn các giọt chất lỏng ở trạng thái lơ lửng.
(4) Trộn lẫn các chất lỏng.
(5) Tạo bông cặn.
(6) Trao đổi nhiệt.
Quá trình khuấy trộn còn tạo được hiệu quả phụ đó là việc
cung cấp thêm oxy hòa tan cho quá trình phân hủy sinh học hiếu
khí.
Khuấy trộn chất lỏng bằng cơ khí có nghĩa quá trình khuấy
trộn được thực hiện nhờ cánh khuấy, thùng khuấy. Đặc trưng quá
trình khuấy trộn là cường độ khuấy và năng lượng tiêu hao. Để
đánh giá một quá trình khuấy trộn thường dựa vào các yếu tố sau:
- Loại cánh khuấy.
- Thời gian khuấy trộn.
- Công suất khuấy.
- Số vòng quay của cánh khuấy.
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
4
Khuấy chất lỏng
- Độ lớn của bề mặt truyền nhiệt.
#$%&'()*+, /0
• Cánh khuấy mái chèo: Để khuấy trộn chất lỏng có độ
nhớt nhỏ. Thường dùng để hòa tan chất rắn có khối
lượng riêng không lớn lắm.
• Cánh khuấy chân vịt (chong chóng): Dùng để điều
chế dung dịch huyền phù , nhũ tương. Không thể
dung cánh khuấy chân vịt để khuấy chất lỏng có độ
nhớt cao hoặc khuấy chất lỏng trong đó có các hạt
rắn có khối lượng riêng lớn.
• Cánh khuấy tua bin: Dùng để khuấy chất lỏng có độ
nhớt cao đến 5.10

5
cp, để điều chế huyền phù mịn, để
hòa tan chất rắn nhanh hoặc để khuấy động các hạt
rắn đã lắng cặn có nồng độ pha rắn đến 60%.
• Cánh khuấy đặc biệt: Dùng trong trường hợp không
thể dung được cánh khuấy mái chèo, chân vịt, tua
bin. Thường dung để khuấy bùn nhão hoặc khuấy
chất lỏng có độ nhớt rất cao.
hình ảnh của các loại
cánh khuấy
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
5
Khuấy chất lỏng
Cánh khuấy mái chèo
Cánh khuấy mái chèo, cánh khuấy chân vịt(chong chóng)
)*+,1'
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
6
Khuấy chất lỏng
)*+,'23
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
7
Khuấy chất lỏng
)*+,*45
)*+,675
89:;<!=>?!@A:98B!=8C8DE>
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
8
Khuấy chất lỏng
F+*(':

Một cách tổng quát, thiết bị
khuấy gồm các bộ phận chủ
yếu sau: thùng khuấy 1 hình
trụ với đáy tròn hoặc nón phía
trên đậy nắp 3 ghép với than
bằng bích 2 (H3.1). Theo
đường tâm của thùng lắp trục
khuấy 10 với cánh khuấy 11
trục khuấy xuyên qua nắp và
được bịt kín bằng hộp đệm 4
truyền chuyển động cho trục
khuấy từ động cơ 7 qua hộp
giảm tốc độ 6 để tạo tốc độ thích hợp cho cánh khuấy. tháo và lắp
trục khuấy thông qua khớp nối 5. Thùng khuấy được gắn tai đỡ 12,
nhờ bulong lắp vào chân đỡ 13. Thực hiện nhập nguyên liệu qua
các cửa 8 trên lắp thiết bị cần tháo sản phẩm qua đường 4 dưới đáy
trên lắp và thân thiết bị có khi người ta bố trí cửa sửa chữa và cửa
quan sát .Trên thực tế thiết bị khuấy được tthiết kế và chế tạo rất đa
dạng về kiểu và hình dáng tùy thuộc vào mục đích sử dụng.
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
9
Khuấy chất lỏng
;G/H: Trên (H3.2a) thiết bị khuấy dạng tháp, thiết bị loại này với
trục dài 3 được lắp nhiều tầng cách khuấy 4. trong cột tháp 1 được
bố trí nhiều tấm chặn 2 thành côn. Các bề mặt cản 5, 6 tạo cường
độ khuấy mạnh hơn, đồng thời với các vòng chắn đồng tâm 7. Trên
bố trí nhiều tấm chặn 2 thành côn. Các bề mặt cản 5, 6 tạo cường
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
10
Khuấy chất lỏng

độ khuấy mạnh hơn, đồng thời với các vòng chắn đồng tâm 7. Trên
(H3.2b) là thiết bị khuấy trục thẳng đứng, bên trong có bố trí các
dàn ống truyền nhiệt. Ở (H3.2c) là thiết bị khuấy nằm ngang với
các cách khuấy 1,2,3,4 vừa khuấy vừa đóng vai trò của 1 bơm chất
lỏng.

Thiết bị khuấy có thể chế tạo dạng hở, tức là không có sự ngăn
cách với môi trường bên ngoài. Trường hợp khi thiết bị làm việc ở
điều kiện nhiệt độ và áp suất khác khác với môi trường khí quyển
thì phải chế tạo dạng thiết bị kín , nghĩa là có sự ngăn cách với môi
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
11
Khuấy chất lỏng
trường bên ngoài . Trên (H3.3) giới thiệu một dạng thiết bị khuấy
dạng kín: cách khuấy 1 đặc vào ống tuần hoàn trung tâm 2, nhở
trục khuấy 3. trục khuấy tựa trên ở đở 4, 8 mang rô to 11 của động
cơ điện , còn cuộn dây stato 6 ngăn bên ngoài cùng với stato 7 .
Stato và roto của động cơ được bảo vệ cách điện 5 .
bôi trơn hệ thống bằng nhớt đưa qua lổ 9, còn ống dẩn 10 dùng để
nạp khí trơ vào thiết bị .
Trục khuấy lắp vào thiết bị có thể bố trí đứng hoặc nghiêng 1 góc
như trên (H3.4) 
Do nhu cầu của qua trình công nghệ, trong thiết bị khuấy có thể bố
trí các bộ phận khác nhau như : ống dẫn khí, đo nhiệt độ, áp suất,
 !
ống ngưng tụ hoàn lưu, giàn ống truyền nhiệt .v.v …. ví dụ: trên
(H3.5) giới thiệu cách bố trí dàn ống truyền nhiệt:
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
12
Khuấy chất lỏng

"#$ %$
H 3.5a :bố trí các vòng xoắn đối xứng.
H3.5c :bố trí nhiều vòng xoắn đồng tâm.
Truyền động cho trục khuấy có thể thực hiện bằng nhiều cơ cấu
khác nhau. Mục đích của bộ chuyển động nhằm tạo cho trục quay
với một tốc độ mong muốn, đồng thời để cấp đủ năng lượng để
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
13
Khuấy chất lỏng
hoàn thành chức năng công nghệ đả cho. Trên (H 3.6a) động cơ 1
và hộp giảm tốc đươc chế tạo chung
Trục khuấy 4 TỰa trên vòng bi 6,8 3,10 và liên hệ với hộp giảm
tốc bởi khớp banh răng 2. giử lực chiều trục bằng ổ chặn 9, còn
hợp đệm bít kín trúc khuấy nhờ các vòng đệm 7.
IJKI5K
&'( )(
Một kiểu truyền động khác thể hiện trên (H3.6b). động cơ 4 qua
hộp giảm tốc với cấp giam tốc độ sâu đầu tiên 3 và cấp giảm thứ 7,
đưa chuyển động đến trục 2 nhờ khớp nối liên hệ với trục khuấy 1.
các ổ đở 5,8 giữ vai trò định tâm cho trục , rắp ráp bộ truyền trên
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
14
Khuấy chất lỏng
chân đế 6 . ngoài ra,có thể truyền động cho trục khuấy bằng truyền
đai thang, hoặc truyền xích.
L/()*+,
Khuấy là quá trình tạo sự chuyển động của khối chất lỏng trong
thiết bị nhờ vào cánh khuấy. Về kết cấu cánh khuấy có nhiều dạng,
nhiều kiểu khác nhau. Tuy nhiên theo quan điểm về tốc độ quay
người ta chia các cánh khuấy thanh 2 nhánh chính:

Nhóm cánh khuấy tốc độ nhanh
Nhóm cánh khuấy tốc độ chậm.
Sự phân chia này mang tính tương đối, bởi vì nhiều loại cánh
khuấy có thể dùng ở tốc độ nhanh hoặc chậm. vi dụ như cánh
khuấy mái chèo, cánh khuấy vít xoắn. Khái niệm về cánh khuấy
tốc độ chậm là ở chỗ khi khuấy môi trường độ nhớt lớn, ưu việt
hơn là sử dụng tốc độ chậm, chứ bản chất cấu tạo cánh khuấy
không hề thể hiện tính nhanh hay chậm.
- Nhóm cánh khuấy tốc độ nhanh gồm: bản 2 cánh( mái chéo);
bản 6 cánh; cánh khuấy lồng ; bản 3 cánh ; chân vịt ( chong
chóng); tua bin kín; tua bin hở; cánh khuấy vít…
- Nhóm cánh khuấy tốc độ chậm gồm: mỏ neo ; cánh khuấy
khùg ; cánh khuấy vít ; cánh khuấy băng và cánh khuấy băng có
cào
Về kết cấu ,cánh khuấy có 2 bộ phận chính : moay –ơ ;giữa có lỗ
và rảnh then để lắp vào trục ,các cánh dính vào moay- ơ.
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
15
Khuấy chất lỏng
Mỗi loại cánh khuấy khi làm việc tạo dòng chuyển động cho
chất lỏng quanh cánh khuấy theo phương tiếp tuyến, phương bán
kính hoặc phương trục.
Dòng hướng trục làm tăng tác dụng của cánh khuấy. Dòng bán
kính làm tăng khả năng truyền nhiệt. Thanh chắn và dòng cản được
bố trí để tạo tất cả các dòng đồng thời nhưng ở mức độ khác nhau.
Cánh khuấy loại tuabin tạo dòng bán kính.Cánh khuấy chân vịt tạo
dòng hướng trục.
Tuy nhiên đối với mỗi môi trường cho trước, việc chọn loại
cánh khuấy nào để làm việc hiệu quả nhất cần được nghiên cứu. Vì
mỗi quá trình ( kết tinh, polymer hóa hoặc hòa tankhis, lỏng và rắn

trrong lỏng) khong giống nhau, nên không thể có một tiêu chuẩn
để đánh giá.
J @'(1'
Cấu tạo: Cánh khuấy loại
mái chèo cấu tạo rất đơn giản,
gổm có hai tấm phẳng gắn chặt
vào trục thẳng, trục quay nhờ
bộ phận truyền động từ động
cơ. Đường kính của mái chèo
thường vào khoảng 0.7 đường kính của thiết bị.
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
16
Khuấy chất lỏng
Nguyên lý hoạt động: Nếu số vòng quay nhỏ thì chất lỏng sẽ
chuyển động vòng tròn trên mặt phẳng nằm ngang trùng với mặt
phẳng của cánh khuấy, và không có sự khuấy trộn chất lỏng ở các
lớp khác.
Khi khuấy trộn mạnh sẽ xuất hiện dòng chuyển động phụ, khi
đó chất lỏng chuyển động xoáy. Dòng chuyển động phụ này xuất
hiện do lực ly tâm gây nên làm cho chất lỏng văng từ tâm của thiết
bị ra ngoài thành, đồng thời áp suất ở tâm sẽ giảm xuống và hút
chất lỏng nằm ở bên trên và bên dưới cánh khuấy.
Dòng chuyển động phụ làm tăng cường độ của khuấy trộn.
Cường độ khuấy càng tăng khi tăng số vòng quay, nhưng đồng
thời năng lượng tiêu hao cũng tăng.
Khi chất lỏng chuyển động vòng thì do tác dụng của lực ly
tâm nên trên bề mặt của chất lỏng có dạng hình phễu.
Chiều sâu của phễu càng tăng khi số vòng quay tăng. Sự xuất
hiện phễu chất lỏng sẽ dẫn tới làm giảm thể tích sử dụng của thiết
bị. Do đó trong trường hợp cụ thể, bằng thực nghiệm người ta có

thể tìm số vòng quay thích hợp cho khuấy trộn. Nếu tăng số vòng
quay đó thì năng lượng tiêu hao sẽ tăng lên.
Để tăng sự khuấy trộn chất lỏng, thường người ta dung cánh
khuấy mái chèo hình khung. Loại mái chèo này có phần đáy cong
tương ứng với bán kính cong của đáy thiết bị. Đôi khi người ta gắn
vào thành thiết bị các tấm ngăn để làm tăng sự xáo trộn chất lỏng.
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
17
Khuấy chất lỏng
Loại cánh khuấy mái chèo có ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ
gia công, thích hợp với chất lỏng có độ nhớt bé.
Nhược điểm: Khuấy không đều , hiệu suất khuấy thấp đối
với chất lỏng nhớt, không thích hợp với chất lỏng dễ phân lớp.
5 )*+,&'(3I'K
Để tăng sự tuần hoàn chất
lỏng người ta thường dùng cánh
khuấy loại chân vịt (chong
chóng).
Cấu tạo: Loại này thường
gồm ba cánh, mỗi cánh uốn cong
một góc M, góc này thay đổi dần từ 0
o
ở trục đến 90
o
ở cuối cánh.
Cánh khuấy gắn trên trục, số chong chóng trên trục có thể nhiều ít
khác nhau phụ thuộc điều kiện khuấy trộn và chiều sâu mực chất
lỏng khuấy
Đường kính cánh khuấy chong
chóng vào khoảng 0.25 - 0.3

đường kính thiết bị.
*'+,
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
18
Khuấy chất lỏng
Để tăng sự khuấy trộn người ta làm thêm bộ phận hưởng chất lỏng,
bộ phận này có thể là ống hình trụ hay hình nón cụt, trong đó đặt
cánh khuấy.
Ngoài ra nếu thiết bị khuấy lớn người ta có thể đặt cánh khuấy lệch
tâm hoặc nghiêng một góc 10 – 20
o
so với trục thẳng đứng.
Cánh khuấy chong chóng có ưu điểm: Cường độ khuấy lớn,
năng lượng tiêu hao nhỏ kể cả khi số vòng quay lớn, giá thành hạ.
Nhược điểm: Khi khuấy chất lỏng độ nhớt cao thì hiệu suất
thấp, thể tích chất lỏng được khuấy mãnh liệt bị hạn chế.
 )*+,*J5
Cánh khuấy tua bin
làm việc giống như bơm ly
tâm nghĩa là cũng có guồng
quay, tùy theo cấu tạo của
guồng người ta phân ra loại
cánh khuấy tua bin hở hay
kín.
Cánh khuấy tua bin hở
guồng động có những cánh
thẳng hoặc cánh cong làm việc như cánh khuấy mái chèo.
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
19
Khuấy chất lỏng

Cánh khuấy tua bin kín guồng động gồm hai hình vành khăn,
được nối với nhau bằng những cánh nhỏ, giữa hai cánh tạo thành
rãnh. Guồng động thường đặt trong một bộ phận hướng chất lỏng
đứng yên.
Khi cánh khuấy tua bin kín
làm việc, chất lỏng đi vào theo lỗ
ở tâm của guồng, chuyển động
theo rãnh trong guồng. ta thấy
chất lỏng chuyển động theo
hướng thẳng đứng tới hướng nằm
ngang theo bán kính và ra khỏi
guồng với bán kính lớn.Trong một đơn vị thời gian lặp đi lặp lại
nhiều lần như thế làm cho toàn bộ thể tích chất lỏng trong thùng bị
khuấy mãnh liệt.
Cánh khuấy tua bin có ưu điểm: Hiệu suất cao, hòa tan
nhanh, thuận tiện cho quá trình liên tục.
Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, giá thành đắt.
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
20
Khuấy chất lỏng
/ )*+,675N0)*+,.
Thùng khuấy gồm có một thùng có cánh
khuấy, trông giống như lồng sóc. Loại này dung để
tạo huyền phù, nhũ tương hoặc để tăng phản ứng
hóa học giữa khí và lỏng.
Thường thùng khuấy sử dụng trong trường
hợp tỉ lệ đường kính của thùng khuấy và của thiết
bị từ - và tỉ lệ chiều cao mực chất lỏng với
đường kính thùng khuấy không nhỏ hơn 10.
O *+,5P)GQ

Dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt thấp. khí nén thường là
không khí được nén qua một ống các lỗ nhỏ, ống này đặt ở tận đáy
thiết bị. không khí chui qua lỗ tạo thành những bọt nhỏ, rồi qua lớp
chất lỏng làm cho chất lỏng bị khuấy.Để khuấy được đều người ta
làm đường ống khí thành vòng, hoặc xoắn ốc, đôi khi làm một dãy
ống thẳng đặt song song nhau.
 8R!=STU!DV!WX">
1. G-YZ[J)*+,
Đường kính cánh khấy


; đường kính moay-ơ
-

đường kính
cổ trục
0

, chiều cao cánh khuấy h; chiều cao cánh


, chiều
rộng cánh


; chiều dài cánh


; góc nghiêng cánh
α

; số cánh

.
L D\/']%
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
21
Khuấy chất lỏng
Bậc tự do là số các đại lượng đặc trưng cảu quá trình khuấy
được xác định theo quan hệ:
*/
0001
++=
Trong đó:
/
0
- bậc tự do hệ cấu tử:
ϕ
−+=
220
/

*
0
- bậc tự do công nghệ:
/*
03220
−+++−++=
)2()2)(1()2(2
ϕϕϕ


0
- Bậc tự do kích thước hình học:

450
+=
K- số cấu tử tham gia trong hệ

ϕ
-số pha tham gia trong hệ
R- số các phản ứng hóa học độc lập


5
- số các đại lượng hình học mô tả


4
- số các phương trình liên kết các đại lượng hình học
^6(&-_Z]
 Đường kính thiết bị D=2R
 Đường kính cánh khuấy:

 2
=

 Chiều cao thiết bị


, chiều cao mực chất lỏng H

 Độ nhúng sâu cánh khuấy
1

,
 Khoảng cách từ cánh khuấy đến đáy thiết bị
2

 Đồng dạng hình học

6

6
0
=
,
` 6#)*+,
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
22
Khuấy chất lỏng
Cường độ khuấy thể hiện bởi chế độ thủy động lực trong thiết
bị, đặc trưng bởi các đại lượng:
Chuẩn số Reynold(được gọi là chuẩn số Reynold ly tâm)

νµ
ρ
22
Re




==
Trong đó:
µρ
,
- khối lượng riêng và độ nhớt tuyệt đối của
môi trường chất lỏng

ν
- độ nhớt tương đối,
2

-

n- số vòng quay cánh khuấy,

1

Tốc độ tiếp tuyến ở đầu cánh khuấy
-7

,
π
=
a$*+)*+,4#
Có hai phương pháp tính công suất khuấy là:
Theo ma sát
Theo cường độ khuấy E (N/m2)
89:'-8át

Trong đó

;
2
: chuẩn số công suất, tìm bằng thực nghiệm
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
23
<2;
;
;
53
ρ
=
-


;
= >

;
2 .Re.

53
==
ρ
Khuấy chất lỏng
A, m, p: là hằng số và số mũ tìm bằng thực nghiệm hoặc dựa vào
giản đồ Ruston
=]6bc*$'
Xét từng trường hợp cụ thể sau đây:
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
24

Khuấy chất lỏng
9:'?@( E
Công suất khuấy có dạng tổng quát sau
Khi cánh khuấy chuyển động trong dung dịch thì trở lực đặc
trưng bởi đại lượng
Khi tính toán, trước hết dựa vào điều kiện cụ thể đã cho để tính
thông số trở lực E theo, kế đó là dựa vào đồ thị để tìm thông số
GVHD:HỒ TẤN THÀNH
25
( )
2
21
;,
-
;
AB
ψψ
=
225,0
;
-
;
3C
B

ξ
ϕ
=