thí nghiệm quá trình và thiết bị cột chêm

Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 1

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 đònh:
- Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí và lỏng lên tổn thất áp suất (độ giảm áp).
- Sự biến đổi của hệ số ma sát cột khô f
ck
theo chuẩn số Reynolds (Re) của dòng
khí và suy ra các hệ thức thực nghiệm.
- Sự biến đổi của thừa số  liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí qua cột khô và
qua cột ướt theo vận tốc dòng lỏng.
- Giản đồ giới hạn khả năng hoạt động của cột (giản đồ ngập lụt và gia trọng).
1.2. Phương pháp thí nghiệm.
Cho dòng khí với các lưu lượng khác nhau qua cột có chứa các vật chêm. Lần lượt
khảo sát độ giảm áp khi chỉ có dòng khí chuyển động qua cột (cột khô) và khi có
dòng khí chuyển động qua cột kết hợp với dòng lỏng chảy từ trên xuống với lưu
lượng khác nhau (cột ướt).
1.3. Kết quả thí nghiệm.
Bảng 1:
G(%)
L=0
L=0.2
L=0.4
L=0.6
L=0.8
L=1
L=1.2
L=1.4

P
P
P
P
P
P
P
P
10
2
3
3
3
3
4
4
4
15
4
4
4
5
6
6
6
7
20
6
7
7

9
10
11
11
13
25
8
11
11
11
13
14
15
17
30
12
13
14
15
17
18
22
26
35
13
17
18
21
24
27

27
32
40
15
22
24
25
28
30
37
44
45
19
27
29
30
36
40
56
57
50
22
33
36
38
45
54
87
102
55

25
39
43
47
78
99
127
170
60
28
55
61
68
104
143
177
227
65
34
59
70
83
168
180
273
327
70
38
63
82

92
202
264
324

75
59
67
118
121
217
325


80
64
76
133
145
258



85
73
87
163
173
330

90
80
99
177
203




95
89
113
204
248




100
100
142
272
329

Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 2

1.4. Nhận xét kết quả thí nghiệm.
- Với cùng lưu lượng khí vào cột chêm, khi tăng lưu lượng dòng lỏng thì độ giảm
áp ΔP tăng theo.
- Khi lưu lượng dòng lỏng vào cột chêm tăng lên thì có xuất hiện hiện tượng ngập
lụt ( bắt đầu từ L = 0.6), và ngập lụt đến nhanh hơn.
2. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM
2.1. Độ giảm áp của dòng khí.
Độ giảm áp P
ck
của dòng khí qua cột phụ thuộc vào vận tốc khối lượng G của dòng
khí qua cột khô (không có dòng chảy ngược chiều). Khi dòng 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 dòng khí.
P
ck
= G
n
với n = 1,8 – 2,0. (1)
Khi có dòng lỏng chảy ngược chiều, các khoảng trống giữa những vật chêm bò thu
hẹp lại. Dòng khí do đó di chuyển khó khăn hơn vì một phần thể tích tự do giữa các
vật chêm bò lượng chất lỏng chiếm cứ. Khi tăng vận tốc dòng khí lên, ảnh hưởng cản
trở của dòng lỏng tăng lên đều đặn cho đến một trí số tới hạn của vận tốc khí, lúc đó
độ giảm áp của dòng khí tăng vọt lên. Điểm ứng với trò số tới hạn của vận tốc khí
này được gọi là điểm gia trọng.
Nếu tiếp tục tăng vận tốc dòng khí quá trò số tới hạn này, ảnh hưởng cản trở hỗ

tương giữa dòng lỏng và dòng khí rất lớn, P
c
tăng mau chóng không theo phương
trình (1) nữa. Dòng lỏng lúc này chảy xuống cũng khó khăn, cột chêm ở điểm lụt.
Đường biểu diễn log(P
c
/Z) (độ giảm áp suất của dòng khí qua một đơn vò chiều cao
của phần chêm trong cột) dự kiến như trình bày trên hình 1.


Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 3

2.2. Hệ số ma sát f
ck
theo Re
c
khi cột khô.
Chilton và Colburn đề nghò một hệ thức liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí qua
cột chêm khô với vận tốc khối lượng của dòng khí qua cột.

wh
hg
ckck
D
ZG
fP


2

2
, N/m
2
(2)
Z: chiều cao phần chêm, m.
G: vận tốc khối lượng dòng khí dựa trên một đơn vò tiết diện cột, kg/s.m
2
.
D
h
: kích thước đặc trưng của vật chêm, m.

g
: khối lượng riêng của pha khí, kg/m
3
.

h
: hệ số điều chỉnh dùng cho vật chêm rỗng.

w
: hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng của thành cột lên độ xốp của cột chêm.
Sherwood tổng hợp kết quả của một số nghiên cứu và đưa ra trò số sau cho vòng sứ
Raschig: 
h
= 0,35

w
= 1
Tuy nhiên, Zhavoronkov đề nghò một hệ thức khác chính xác hơn vì đã đưa được trò

số độ xốp của cột chêm vào hệ thức:

eG
ck
ck
D
ZGf
P

2
2
2

, N/m
2
(3)
Với:  : độ xốp của vật chêm.

:
a
D
e

4


đường kính tương đương của vật chêm, m.
a : diện tích bề mặt riêng của vật chêm, m
2
/m

3
.
Hệ số ma sát f
ck
là hàm số theo chuẩn số vô thứ nguyên Re
c
, với Re
c
được tính theo
công thức sau:


a
G
GD
e
c
4
Re
(4)
: độ nhớt của dòng khí, kg/ms.
Zhavoronkov đã xác đònh được khi dòng khí chuyển từ chế độ chảy tầng sang chế độ
chảy rối ứng với trò số Re
c
= 50. Trong vùng chảy rối, 50 < Re
c
< 7000 với cột chêm
ngẫu nhiên. Ta được:

20

83
,
Re
,
c
ck
f 

(5)
Tuy nhiên, các hệ thức tổng quát trên không được chính xác lắm vì không xem xét
được toàn bộ ảnh hưởng của hình dạng vật chêm.


2.3. Độ giảm áp ΔP
cư
khi cột ướt.
Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 4

Sựï liên hệ giữa độ giảm áp cột khô P
ck
và cột ướt P
cư
có thể biểu diễn như sau:
P
cư
= P
ck
(6)
Do đó có thể dự kiến f

cư
= .f
ck
(7)
Với : hệ số phụ thuộc vào mức độ xối tưới của dòng lỏng L, kg/m
2
s.
Leva đề nghò ảnh hưởng của L lên  như sau: = 10
L
(8)
Hay log = L (9)
Giá trò  tùy thuộc vào loại, kích thước, cách thức sắp xếp vật chêm (xếp ngẫu nhiên
hay theo thứ tự) và độ lớn của lưu lượng dòng lỏng L. Thí dụ với vật chêm là vòng
sứ Raschig 12,7mm, chêm ngẫu nhiên, độ xốp  = 0,586; giá trò của L từ 0,39 đến
11,7 kg/m
2
s và cột hoạt động trong vùng dưới điểm gia trọng.
 = 0,084
Một số tài liệu còn biểu diễn sự phụ thuộc giữa tỉ số
ck
cư
p
p


với hệ số xối tưới :

3
2
2

751
3


g
q
F
G
A
L
L
L









Re
,

Khi A< 0,3 cho vật chêm bằng sứ có d < 30mm, ta có:
L
L
L
4G
Re

Fa


(10)

cư
3
ck
p
1
p (1 A)



(11)
2.4. Điểm lụt của cột chêm.
Khi cột chêm bò ngập lụt, chất lỏng chiếm toàn bộ khoảng trống trong phần chêm,
các dòng chảy bò xáo trộn mãnh liệt, hiện tượng này rất bất lợi cho sự hoạt động của
cột chêm. Gọi giá trò của G
L
tương ứng với trạng thái này là G
L
*.

Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 5

Zhavoronkov kết luận rằng trạng thái ngập lụt xảy ra khi hai nhóm số sau có sự liên
hệ nhất đònh với nhau cho mỗi cột.
2

0,2
ck G
1 tđ
3
L
fa
v
2g


  



(12)
và
L
G
G
L



2
(13)
Với f
ck
: hệ số ma sát cột khô.
v : vận tốc dài của dòng khí ngay trước khi vào cột, m/s.


tđ
: độ nhớt tương đối của chất lỏng so với nước,
,
nước
l
tđ




nếu chất lỏng là
nước thì 
tđ
= 1.
Do đó sự liên hệ 
1
, 
2
trên giản đồ log(
1
)

– log(
2
) sẽ xác đònh một giản đồ lụt
của cột chêm, phần giới hạn hoạt động của cột chêm dưới đường này.
3. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP TN
3.1. Dụng cụ, thiết bò thí nghiệm
3.1.1. Sơ đồ thiết bò nghiệm
Gồm có:

- Cột thủy tinh, bên trong là các vòng sứ Raschig xếp chêm ngẫu nhiên.
- Hệ thống cấp khí gồm có:
 Bơm (quạt) thổi khí B
K
.
 Ống dẫn khí.
 Áp kế sai biệt chữ U.
 Lưu lượng kế khí F có độ chia từ 8 đến 100%.
- Hệ thống cấp nước gồm:
 Thùng chứa nước bằng nhựa N.
 Bơm chất lỏng B
L
.
 Lưu lượng kế lỏng F
l
có độ chia từ 0,2 đến 1,6
3.1.2. Các số liệu liên quan đến cột chêm
Cột thủy tinh:
 Đường kính d = 0,09 m.
 Chiều cao H = 0,805 m.
 Chiều cao phần chêm Z = 0,6 m.
Vật chêm xếp ngẫu nhiên, vòng Raschig đường kính 12,7mm, bề mặt riêng a = 370
– 380 m
2
/m
3
, độ xốp  = 0,586.
Đường kính ống thép ở đáy cột D = 0,09m.
Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 6

3.2. Phương pháp thí nghiệm
1) Khóa lại tất cả van lỏng (từ 1 đến 4).
2) Mở van 5 và khóa van 6.
3) Cho quạt chạy trong 5 phút để thổi hết ẩm trong cột. Tắt quạt.
4) Mở van 1 và 2, sau đó cho bơm chạy.
5) Mở van 3 và từ từ khóa van 1 để điều chỉnh mức lỏng ở đáy cột ngang bằng với
ống đònh mức g. Tắt bơm và khóa van 3.
6) Đo độ giảm áp của cột khô:
 Khóa tất cả các van lỏng lại. Mở van 6 còn van 5 vẫn đóng. Cho quạt chạy
rồi từ từ mở van 5 để chỉnh lưu lượng khí vào cột.
 Ứng với mỗi giá trò lưu lượng khí đã chọn ta đọc P
ck
trên áp kế U theo
mmH
2
O. Đo xong tắt quạt, nghỉ 5 phút.
7) Đo độ giảm áp khi cột ướt:
 Mở quạt và điều chỉnh lưu lượng khí qua cột khoảng 15 – 20%.
Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 7

 Mở van 1 và cho bơm chạy. Dùng van V
L
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 không lên thì dùng van 1 để tăng lượng lỏng.

 Ứng với lưu lượng lỏng đã chọn (ví dụ: 0,1; 0,2…) cố đònh, ta chỉnh lưu lượng
khí và đọc độ giảm áp P
cư
giống như P
ck
trước đó. Chú ý là tăng lượng khí
đến điểm lụt thì thôi.
Chú ý:
1) Trong quá trình đo độ giảm áp của cột ướt cần canh giữ mức long ở đáy cột luôn
ổn đònh ở ¾ chiều cao đáy bằng cách chỉnh van 4. Nếu cần, tăng cường van 2 để
nước trong cột thoát về bình chứa (van 2 dùng để xả nhanh khi giảm lưu lượng
khí).
2) Khi tắt máy phải tắt bơm lỏng B
L
trước, mở tối đa van 4 sau đó tắt quạt B
K
.
3) Nếu sơ xuất để nước tràn vào ống dẫn khí thì mở van xả nước ở phía bảng.
4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

4.1. Các trò số kết quả khi cột khô L=0
Bảng 2: Khi L=0

G. %
G, kg/s.m
2

ΔP
ck
, N/m

2

ΔP
ck
/Z,
(N/m
2
)/m
f
ck

Re
ck

10
19.542
0.087
46.527
7.635
49.526
15
39.083
0.131
93.055
6.786
74.289
20
58.625
0.175
139.582

5.726
99.053
25
78.166
0.218
186.110
4.886
123.816
30
117.249
0.262
279.165
5.090
148.579
35
127.020
0.306
302.428
4.051
173.342
40
146.561
0.349
348.956
3.579
198.105
45
185.644
0.393
442.011

3.582
222.868
50
214.957
0.436
511.802
3.359
247.631
55
244.269
0.480
581.593
3.155
272.395
60
273.581
0.524
651.384
2.969
297.158
65
332.206
0.567
790.966
3.072
321.921
70
371.289
0.611
884.021

2.960
346.684
75
576.475
0.655
1372.559
4.004
371.447
80
625.329
0.698
1488.878
3.817
396.210
85
713.265
0.742
1698.251
3.857
420.973
90
781.661
0.786
1861.097
3.770
445.736
95
869.598
0.829
2070.471

3.765
470.500
100
977.076
0.873
2326.371
3.817
495.263


Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 8

4.2. Các trò số kết quả trường hợp cột ướt
Bảng : Khi L=0.2
G
(%)
P
cư

L=0,2
G (kg/s.m
2
)
P
cư
/Z
f
cư


log f
cư

log
10
29.312
0.0873
69.791
10.520
1.500
1.022
0.139
15
39.083
0.1309
93.055
9.351
1.000
0.971
0.139
20
68.395
0.1746
162.846
7.890
1.167
0.897
0.139
25

107.478
0.2182
255.901
6.733
1.375
0.828
0.139
30
127.020
0.2619
302.428
7.013
1.083
0.846
0.139
35
166.103
0.3055
395.483
5.582
1.308
0.747
0.139
40
214.957
0.3492
511.802
4.931
1.467
0.693

0.139
45
263.811
0.3928
628.120
4.935
1.421
0.693
0.139
50
322.435
0.4365
767.703
4.629
1.500
0.665
0.139
55
381.060
0.4801
907.285
4.347
1.560
0.638
0.139
60
537.392
0.5237
1279.504
4.091

1.964
0.612
0.139
65
576.475
0.5674
1372.559
4.233
1.735
0.627
0.139
70
615.558
0.6110
1465.614
4.079
1.658
0.611
0.139
75
654.641
0.6547
1558.669
5.517
1.136
0.742
0.139
80
742.578
0.6983

1768.042
5.260
1.188
0.721
0.139
85
850.056
0.7420
2023.943
5.315
1.192
0.725
0.139
90
967.305
0.7856
2303.108
5.195
1.238
0.716
0.139
95
1104.096
0.8293
2628.800
5.187
1.270
0.715
0.139
100

1387.448
0.8729
3303.447
5.260
1.420
0.721
0.139
Bảng 4: Khi L=0.4
G
(%)
P
cư

G (kg/s.m
2
)
P
cư
/Z
f
cư


log f
cư

log
10
29.312
0.0873

69.791
13.665
1.500
1.136
0.253
15
39.083
0.1309
93.055
12.147
1.000
1.084
0.253
20
68.395
0.1746
162.846
10.249
1.167
1.011
0.253
25
107.478
0.2182
255.901
8.746
1.375
0.942
0.253
30

136.791
0.2619
325.692
9.110
1.167
0.960
0.253
35
175.874
0.3055
418.747
7.251
1.385
0.860
0.253
40
234.498
0.3492
558.329
6.405
1.600
0.807
0.253
45
283.352
0.3928
674.648
6.411
1.526
0.807

0.253
50
351.747
0.4365
837.494
6.013
1.636
0.779
0.253
55
420.143
0.4801
1000.340
5.647
1.720
0.752
0.253
60
596.016
0.5237
1419.087
5.314
2.179
0.725
0.253
65
683.953
0.5674
1628.460
5.498

2.059
0.740
0.253
70
801.202
0.6110
1907.625
5.299
2.158
0.724
0.253
75
1152.950
0.6547
2745.118
7.166
2.000
0.855
0.253
80
1299.511
0.6983
3094.074
6.832
2.078
0.835
0.253
85
1592.634
0.7420

3791.985
6.903
2.233
0.839
0.253
90
1729.425
0.7856
4117.677
6.748
2.213
0.829
0.253
95
1993.235
0.8293
4745.798
6.738
2.292
0.829
0.253
100
2657.647
0.8729
6327.730
6.832
2.720
0.835
0.253
Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm

Page 9

Bảng 5: Khi L=0.6
G
(%)
P
cư

G (kg/s.m
2
)
P
cư
/Z
f
cư


log f
cư

log
10
29.312
0.0873
69.791
15.243
1.500
1.183
0.3003

15
48.854
0.1309
116.319
13.550
1.250
1.132
0.3003
20
87.937
0.1746
209.373
11.432
1.500
1.058
0.3003
25
107.478
0.2182
255.901
9.756
1.375
0.989
0.3003
30
146.561
0.2619
348.956
10.162
1.250

1.007
0.3003
35
205.186
0.3055
488.538
8.088
1.615
0.908
0.3003
40
244.269
0.3492
581.593
7.145
1.667
0.854
0.3003
45
293.123
0.3928
697.911
7.151
1.579
0.854
0.3003
50
371.289
0.4365
884.021

6.707
1.727
0.827
0.3003
55
459.226
0.4801
1093.395
6.299
1.880
0.799
0.3003
60
664.412
0.5237
1581.933
5.928
2.429
0.773
0.3003
65
810.973
0.5674
1930.888
6.133
2.441
0.788
0.3003
70
898.910

0.6110
2140.262
5.911
2.421
0.772
0.3003
75
1182.262
0.6547
2814.909
7.994
2.051
0.903
0.3003
80
1416.760
0.6983
3373.239
7.622
2.266
0.882
0.3003
85
1690.341
0.7420
4024.623
7.701
2.370
0.887
0.3003

90
1983.464
0.7856
4722.534
7.528
2.538
0.877
0.3003
95
2423.148
0.8293
5769.401
7.516
2.787
0.876
0.3003
100
3214.580
0.8729
7653.762
7.622
3.290
0.882
0.3003
Bắt đầu xảy ra ngập lụt tại G=100%
Bảng 6: Khi L=0.8
G
(%)
P
cư


G (kg/s.m
2
)
P
cư
/Z
f
cư


log f
cư

log
10
29.312
0.0873
69.791
19.446
1.000
1.289
0.406
15
58.625
0.1309
139.582
17.285
1.200
1.238

0.406
20
97.708
0.1746
232.637
14.584
1.111
1.164
0.406
25
127.020
0.2182
302.428
12.445
1.182
1.095
0.406
30
166.103
0.2619
395.483
12.964
1.133
1.113
0.406
35
234.498
0.3055
558.329
10.318

1.143
1.014
0.406
40
273.581
0.3492
651.384
9.115
1.120
0.960
0.406
45
351.747
0.3928
837.494
9.123
1.200
0.960
0.406
50
439.684
0.4365
1046.867
8.556
1.184
0.932
0.406
55
762.119
0.4801

1814.570
8.035
1.660
0.905
0.406
60
1016.159
0.5237
2419.426
7.562
1.529
0.879
0.406
65
1641.488
0.5674
3908.304
7.824
2.024
0.893
0.406
70
1973.694
0.6110
4699.270
7.540
2.196
0.877
0.406
75

2120.255
0.6547
5048.226
10.198
1.793
1.009
0.406
80
2520.856
0.6983
6002.038
9.723
1.779
0.988
0.406
85
3224.351
0.7420
7677.026
9.824
1.908
0.992
0.406

Bắt đầu xảy ra ngập lụt tại G=85%
Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 10


Bảng 7: Khi L=1

G
(%)
P
cư

G (kg/s.m
2
)
P
cư
/Z
f
cư


log f
cư

log
10
39.083
0.0873
93.055
24.015
2.000
1.380
0.498
15
58.625
0.1309

139.582
21.347
1.500
1.329
0.498
20
107.478
0.1746
255.901
18.011
1.833
1.256
0.498
25
136.791
0.2182
325.692
15.370
1.750
1.187
0.498
30
175.874
0.2619
418.747
16.010
1.500
1.204
0.498
35

263.811
0.3055
628.120
12.743
2.077
1.105
0.498
40
293.123
0.3492
697.911
11.257
2.000
1.051
0.498
45
390.830
0.3928
930.549
11.266
2.105
1.052
0.498
50
527.621
0.4365
1256.241
10.567
2.455
1.024

0.498
55
967.305
0.4801
2303.108
9.924
3.960
0.997
0.498
60
1397.219
0.5237
3326.711
9.339
5.107
0.970
0.498
65
1758.737
0.5674
4187.469
9.663
5.294
0.985
0.498
70
2579.481
0.6110
6141.621
9.312

6.947
0.969
0.498
75
3175.497
0.6547
7560.707
12.595
5.508
1.100
0.498


Bắt đầu xảy ra ngập lụt tại G=75%



Bảng 8: Khi L=1.2
G
(%)
P
cư

G (kg/s.m
2
)
P
cư
/Z
f

cư


log f
cư

log
10
39.083
0.0873
93.055
28.451
2.000
1.454
0.571
15
58.625
0.1309
139.582
25.290
1.500
1.403
0.571
20
107.478
0.1746
255.901
21.338
1.833
1.329

0.571
25
146.561
0.2182
348.956
18.209
1.875
1.260
0.571
30
214.957
0.2619
511.802
18.967
1.833
1.278
0.571
35
263.811
0.3055
628.120
15.096
2.077
1.179
0.571
40
361.518
0.3492
860.757
13.336

2.467
1.125
0.571
45
547.163
0.3928
1302.768
13.347
2.947
1.125
0.571
50
850.056
0.4365
2023.943
12.518
3.955
1.098
0.571
55
1240.887
0.4801
2954.492
11.757
5.080
1.070
0.571
60
1729.425
0.5237

4117.677
11.064
6.321
1.044
0.571
65
2667.417
0.5674
6350.994
11.448
8.029
1.059
0.571
70
3165.726
0.6110
7537.443
11.032
8.526
1.043
0.571

Bắt đầu xảy ra ngập lụt tại G=70%

Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 11

Bảng 9: Khi L=1.4
G
(%)

P
cư

G (kg/s.m
2
)
P
cư
/Z
f
cư


log f
cư

log
10
39.083
0.0873
93.055
30.389
2.000
1.483
0.5999
15
68.395
0.1309
162.846
27.013

1.750
1.432
0.5999
20
127.020
0.1746
302.428
22.792
2.167
1.358
0.5999
25
166.103
0.2182
395.483
19.449
2.125
1.289
0.5999
30
254.040
0.2619
604.857
20.259
2.167
1.307
0.5999
35
312.664
0.3055

744.439
16.125
2.462
1.207
0.5999
40
429.913
0.3492
1023.603
14.245
2.933
1.154
0.5999
45
556.933
0.3928
1326.032
14.257
3.000
1.154
0.5999
50
996.618
0.4365
2372.899
13.371
4.636
1.126
0.5999
55

1661.029
0.4801
3954.831
12.558
6.800
1.099
0.5999
60
2217.963
0.5237
5280.863
11.818
8.107
1.073
0.5999
65
3195.039
0.5674
7607.235
12.228
9.618
1.087
0.5999

Bắt đầu xảy ngập lụt tại G=65%

4.3. Các trò số kết quả khi cột lụt
Bảng 10:
L, gppm
L,

kg/s.m
2

G*, %
G*,
Kg/s.m
2

L/G*

1


2

v(m/s)
f
ck

0.6
9.088
100
0.8729
10.4117
0.2381
0.3561
0.749
3.817
0.8
12.118

85
0.7420
16.332
0.1738
0.5586
0.637
3.857
1
15.147
75
0.6547
23.1371
0.1405
0.7913
0.562
4.004
1.2
18.177
70
0.6110
29.7477
0.0905
1.0174
0.524
2.960
1.4
21.206
65
0.5674
37.3753

0.0810
1.2783
0.487
3.072









Thí Nghiệm Quá Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 12

4.4. Ñoà thò
Ñoà thò 1: Bieåu dieãn log(P
ck
/Z) theo log(G)


Ñoà thò 2: Bieåu dieãn Logf
ck
theo Re


y = 1.6666x + 3.3797
R² = 0.9809
0.0

0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0
Đồ thị log(∆P
ck
/Z) theo log(G)
y = 5E-06x
2
- 0.0033x + 1.0447
R² = 0.9782
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 100 200 300 400 500 600
Logf
ck

Re
Thí Nghiệm Quá Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 13


Ñoà thò 3: Bieåu dieãn ΔP
cö
/Z theo L vaø G

-500
500
1500
2500
3500
4500
5500
6500
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
P
cư
/Z, (N/m
2
)/m
G, kg/s.m
2

ñoà thò P
cư
/Z theo L vaø G

Poly. (L=0.2)
Poly. (L=0.4)
Poly. (L=0.6)
Poly. (L=0.8)
Poly. (L=1)
Poly. (L=1.2)
Poly. (L=1.4)
Thí Nghiệm Quá Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 14


Ñoà thò 4 : Bieåu dieãn logf
cö
theo log(Re)
y = -0.3334x + 1.395
R² = 0.6728
y = -0.3334x + 1.5342
R² = 0.6728
y = -0.3334x + 1.6478
R² = 0.6728
y = -0.3334x + 1.6953
R² = 0.6728
y = -0.4061x + 1.9546
R² = 0.775
y = -0.48x + 2.1995
R² = 0.8824
y = -0.5354x + 2.3865
R² = 0.974
y = -0.5427x + 2.4301
R² = 0.9727

0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9
Đồ thị log(fư) theo log(Re)
L=0
L=0.2
L=0.4
L=0.6
L=0.8
L=1
L=1.2
L=1.4
Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 15


Đồ thò 5: Biểu diễn log theo L (tại vài vò trí của G dưới điểm gia trọng)
Chọn các vò trí G=20%, 30%, 40%
L
log  (G=20%)
log  (G=30%)
log  (G=40%)
0.2
0.079181
0.037789

0.070581
0.4
0.146128
0.072551
0.09177
0.6
0.255273
0.189056
0.216709
0.8
0.255273
0.189056
0.231949
1
0.255273
0.280827
0.382335
1.2
0.477121
0.373581
0.485554
1.4
0.579784
0.60206
0.747275


Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 16

Đồ thò 6: Giản đồ lụt của cột log
1
theo log
2


4.5. Các kết quả, hệ thức thực nghiệm
Mối liên hệ
L
Kt qu thc nghim
DP
ck
/Z theo G
0
log(P
ck
/Z )= 1.6666*log(G) + 3.3797
DP
c
/Z theo G
0.2
P
c
/Z =4151*G
2
- 294.82*G + 94.822
0.4
P
c

/Z =12689*G
2
- 5264.7*G + 676.43
0.6
P
c
/Z =16203*G
2
– 7521*G + 989.92
0.8
P
c
/Z =25073*G
2
- 9994.4*G + 1056.2
1
P
c
/Z =37938*G
2
– 16515*G + 1750
1.2
P
c
/Z =44312*G
2
– 18017*G + 1793.4
1.4
P
c

/Z =52303*G
2
– 20894*G + 2036.8
f
ck
theo Re
c

0
log(f
ck
) =5E-06*Re
c
2
- 0.0031*Re
c
+ 1.0224
f
c
theo Re
c

0.2
log(f
cư
)= = -0.3334*log(Re) + 1.5342
0.4
log(f
cư
)= -0.3334*log(Re) + 1.6478

0.6
log(f
cư
)= -0.3334*log(Re) + 1.6953
0.8
log(f
cư
)= -0.4061*log(Re) + 1.9546
1
log(f
cư
)= -0.48*log(Re) + 2.1995
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2
log(
1
)


log(π
2
)

Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 17

1.2
log(f
cư
)= -0.5354*log(Re) + 2.3865
1.4
log(f
cư
)= -0.5427*log(Re) + 2.4301
theo L
G=20%
log()=0.3864*L-0.0165
G=30%
log()=0.4262*L-0.0917
G=40%
log()=0.5327*L-0.1082

5. BÀN LUẬN
5.1. Ảnh hưởng của G lên độ giảm áp khi cột khô và khi cột ướt
Đối với cột khô: khi G tăng thì độ giảm áp tăng theo, cụ thể log(P
cư
/Z) tuyến tính với logG.
Đối với cột ướt: khi G tăng thì độ giảm áp cũng tăng theo nhưng chia thành từng vùng rõ rệt
như giản đồ trong lý thuyết đã đề cập.Cụ thể từ đồ thò ta thấy lúc đầu khi G còn nhỏ thì
(P
cư

/Z) tăng chậm sau đó khi G đủ lớn thì (P
cư
/Z) bắt dầu tăng nhanh và khi vượt qua giới
hạn điểm lụt thì (P
cư
/Z) tăng rất nhanh. Khi lưu lượng lỏng càng tăng thì giới hạn điểm lụt
càng gần hơn, cột càng dễ gần đến điểm lụt hơn.
Sau điểm gia trọng thì giá trò P tăng lên rất nhanh, đột ngột. Đoạn thẳng ở trong vùng này
rất dốc nên ta rất khó vận hành cột chêm ở chế độ si bt này mặc dù cột chêm hoạt động tốt
nhất ở chế độ đó.Thực tế khi tiến hành thi nghiệm khi ti đđiểm lụt ta dng thi nghiệm do
khó duy trì vùng hoạt động ở điểm gia trọng, dễ đi vào chế độ cuốn theo làm nước phun ra
khỏi cột.
5.2. Mục đích và cách sử dụng giản đồ f theo Re
Giản đồ f theo Re được lập để nhằm biểu diễn sự phụ thuộc của trở lực vào lưu lượng của
dòng lưu chất. Nếu lưu lượng dòng lưu chất lỏng càng lớn thì hệ số ma sát f giữa hai pha càng
tăng, ở mỗi giá trò lưu lượng lỏng cố đònh khi ta tăng G thì f giảm cụ thể khi với các giá trò G
nhỏ thì f giảm tương đối nhanh sau đó khi G càng tăng lên thì f giảm chậm và ổn đònh ở 1 giá
trò (không xét gí trò G từ điêmmr lụt trở về sau) Lập đồ thò nhằm xác đònh được lưu lượng hợp
lý để vận hành cột để trở lực nhỏ và thu được hiệu suất truyền khối tốt nhất giữa hai pha với
nhau mà cột vẫn không bò lụt
Nếu biết 1 trong hai giá trò Re hoặc f thì có thể dùng đồ thò để xác đònh giá trò còn lại như sau:
Từ giá trò f hoặc Re đã biết, kẻ một đường thẳng theo phương ngang hoặc theo phương đứng,
cắt đồ thò f_Re tại một điểm. Từ giao điểm đó, kẻ một đường thẳng vuông góc với trục còn lại
thì sẽ xác đònh được giá trò cần tìm.
5.3. Sự liên hệ giữa các đối tượng khảo sát có theo như dự đoán không? Giải thích.
Sự liên hệ giữa các đối tượng tương đối gần với với dự đoán. Cụ thể là các mối liên hệ sau:
- Log(P
ck
/Z) và logG là phụ thuộc tuyến tính với nhau theo đường thẳng giống như lý
thuyết đã nhận đònh.

- Log và L: hoàn toàn phụ thuộc tuyến tính với nhau nên được thể hiện thành một đường
thẳng trên đồ thò giống như dự đoán.
Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 18

- Đường cong biểu diễn P
ck
/Z theo G gần như tuân theo qui lật hàm bạc hai đúng như dự
đoán.Các đồ thò P
cư
/Z theo G thì có dạng không ổn đònh và không tuân theo qui luật nhất
đònh phụ thuộc vào các chế độ làm việc của lưu lượng và khí.Điều này có thể giải thích
do một số nguyên nhân sai số.
5.4. Nguyên nhân sai số
Kết quả thí nghiệm tương đối phù hợp với lý thuyết của các dòng lưu chất và gần với sự dự
đoán của các phương trình liên hệ.
Tuy nhiên kết quả thí nghiệm cũng có sai số do các nguyên nhân sau:
- Các điều kin thí nghim không n đònh và không giống nhau ở các lần đo.
- Lưu lượng dòng lỏng và lưu lượng dòng khí không ổn đònh do bơm và quạt.
- Sai s khi đọc và trong thao tác thí nghim (do ngi đọc đọc không chính xác, do đđiều
chnh lưu lượng khí và lỏng cha chính xác…).
- Các công thức sử dụng trong tính toán là công thức thực nghiệm do đó chỉ đúng trong một
giới hạn nhất đònh, không phải cho tất cả các trường hợp.
- Cột nước duy trì ở đáy cột không đảm bảo yêu cầu.
Chú ý:
- Khi chỉnh xong lưu lượng dòng khí và dòng lỏng xong phải tiến hành đọc ngay kết quả.
- Giữa quá trình thí nghiệm phải dừng khoảng 10 phút để làm nguội thiết bò, ổn đònh hệ
thống rồi mới tiếp tục vận hành thiết bò.
6. PHỤ LỤC
1. Chuyển đổi lưu lượng

xF
G
mskgG
K
60
286,0.(%).
)./(
2







 










K,
ρ
L
: khối lượng riêng của dòng khí, dòng lỏng

F = 3.14* d
2
/4
d = 0.09m
2. Tính f
ck
bằng công thức:

ZG
DP
f
eKck
ck


2
2
2




Trong đó:
 =0.568 : độ xốp của vật chêm.

:
a
D
e


4


đường kính tương đương của vật chêm, m.
a =375 m
2
/m
3
: diện tích bề mặt riêng của vật chêm, m
2
/m
3
.
Z = 0.42 m : chiều cao phần chêm
Thí Nghiệm Q Trình và Thiết Bị Cột Chêm
Page 19

3. Tính f
cư
bằng công thức:
f
cư
= .f
ck
Tính  bằng công thức:
P
cư
= .P
ck
4. Đổi đơn vò đo áp suất

1 N/m
2
=1 mmH
2
O/10000* 9.81*10^4
5. Tính Re
ck
bằng công thức:


a
G
GD
e
c
4
Re


Tính điểm lụt của cột chêm
20
2
3
1
2
,
tđ
L
Gck
g

v
af












L
G
G
L



2

7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tập thể CBGD bộ môn Máy - Thiết bò, Thí nghiệm Quá trình-Thiết bò, Đại học Bách Khoa
Tp.HCM.
[2] Giáo trình truyền khối ,GS.TSKH.Nguyễn Bin, Đại học Bách khoa Hà Nội
[3] Vũ Bá Minh, Truyền khối, Đại học Bách Khoa Tp.HCM.