Chương 13 khuấy chất lỏng

CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
1. KHÁI IỆM
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
2. CẤU TẠO CÁH KHUẤY, QUỸ ĐẠO CHUYỂ
ĐỘG LƯU CHẤT TROG BỂ KHUẤY VÀ CÁC
PHƯƠG PHÁP GẮ CÁH KHUẤY.
2.1.Cánh khuấy mái chèo
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
2.2.Cánh khuấy chong chóng – chân vịt
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
2.3.Cánh khuấy turbin
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
2.4.Cánh khuấy đặc biệt
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
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)
Trụ
c

khu
ấ
y

vuông

gó
c

v
ớ
i

trụ
c

bì
nh
c)
Trụ
c

khu
ấ
y

vuông

gó
c

v
ớ
i

trụ
c

bì
nh
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:
CHƯƠG 3. KHUẤY CHẤT LỎNG
2.5.Phương pháp gắn cánh khuấy vào bình (tt)
CHƯƠG 3. KHUẤY CHẤT LỎNG
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)
CHƯƠG 3. KHUẤY CHẤT LỎNG
3. CÁC THÔG 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


Cá
c đ
ạ
i l
ượ
ng
hì
nh
họ
c:


Cá
c đ
ạ
i l
ượ
ng
hì
nh
họ
c:
 Lực ma sát ngoại:
N;
2

v
A.F
2
h
ρξ=
 Cường độ khuấy:
ChuNn 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=
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
3. CÁC THÔG 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 su
ấ
t khu
ấ
y riêng
ε
;
là
công su
ấ
t
tí
nh cho m
ộ
t đơn
vị


Công su
ấ
t khu
ấ
y riêng
ε
;
là

công su
ấ
t
tí
nh cho m
ộ
t 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
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
4. XÁC ĐNH VẬ TỐC CÁH 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
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
5. CHẾ ĐỘ CÔG GHỆ QUÁ TRÌH 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
==
G
D
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
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
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
;
d
n
.
.
K
N
5
k
3
h
N
ρ
=
W
;
d
n
.
.
K
N
5
k

3
h
N
ρ
=
Trong đó K
N
: chuNn 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
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
5.6.1.Tính công suất khuấy theo ma sát (tt)
Giải đồ Ruston
CHƯƠG 3. KHUẤY CHẤT LỎNG
5.6.1.Tính công suất khuấy theo ma sát (tt)
 Xét từng trường hợp cụ thể sau đây:
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG

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
k
k
m
N
;
R
.
Z
.
E
ξ
ϕ
=
k
k
k
m

R
.
Z
.
ξ
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
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
5.6.2.1.Tính chuNn số công suất (K
N
) theo phương pháp giải tí
ch
 Khi không có tấm ngăn:
1kN
K 4K
ξ
=
 Khi có tấm ngăn:
pkkN
K.Z 4K
ξ
=
5.6.2.2.Tính chuNn số công suất (K
N

) theo đồ thị
Click
và
o đây
để
xem đ
ồ thị hì
nh H
13
.
11
Click
và
o đây
để
xem đ
ồ thị hì
nh H
13
.
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
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
5.6.2.3.Tính chuNn số công suất (K
N
) theo pt chuNn số
Dạng tổng quát: Với A, m: hằng số, số mũ tra bảng (13.8)
m
kN
Re.AK =
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
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
: đường kính cánh khuấy; m
d
k
: đường kính cánh khuấy; m
K
Ng

= M.K
N
; chuNn 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
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
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
( )










÷
=
÷=
1
1
h
45,2
d
D
k
3,06,0
h
1,1
h
4
H
D













=
Khi
( )






÷=






÷
=
6,16,0
D
H
3
1
5
1

d
h
h
k
kk
h
k
d
h
4
.
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

























=
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
 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
N
W;K.
N
N
ddc
η
=

K
d
= (1,1 ÷ 1,4): hệ số dự phòng
η = (0,6 ÷ 0,7): hiệu suất khuấy
CHƯƠG 13. KHUẤY CHẤT LỎNG
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
=
Với v
th
: vận tốc tới hạn cánh khuấy, bảng (13 – 10)