Hướng dẫn khuấy trộn chất lỏng

J.Y. OLDSHUE, N.R. HERBST
HƯỚNG DẤN
HUẤY TRỘN CHẤT LỎNG
Người dịch : Đặng Xuân Toàn
Đặng Vãn Sử
THÀ XUẤT BẨN KHOA HỌC VÀ KỶ THUẬT
HÀ Nộ ỉ - 1995
Dịch từ nguyên bản :
J.Y. Olđshue, N.R.Herbst
A GUIDE TO FLUID MIXING
Lightnin
Rochester, New York, U.S.À.
Các tác giả
Tiến sỉ JY.Oldshue là tác giả Công nghệ khuấy trộn
chát lỏng (Chemical Engineering, McGraw-Hill Publishing
Company, 1983) và nhiều công trình về quá trình
trộn. Hiện nay ông là chủ tịch của công ty Oldshue
Technologies Internationnal, ông đã nghỉ hưu sau bốn
thập niên công tác ở Lightnin, một bộ phận của General
Signal. Khi còn ở Lightnin ông đã giữ nhiều cương vị kỹ
thuật chủ chốt, trước khi nghỉ hưu ông là pho' chủ tịch
Hội công nghệ khuấy trộn (Mixing Technology).
N.R.Herbst hiện là kỹ sư marketing kỹ thuật cao cấp
ở Lightnin, nơi ông đã giữ các cương vị kỹ sư thử
nghiệm, kỹ sư dịch vụ marketing và kỹ sư marketing kỹ
thuật trong nhiều năm qua. Ngoài ra ông còn có nhiều
kinh nghiệm trong nghiên cứu - triển khai, và kỹ thuật
ứng dụng.
2
LÒI GIỎI THIỆU
Việc các kỹ sư Việt Nam dịch cuốn "Hướng dẫn

khuấy trộn chất lỏng" sang tiếng Việt để sử dụng là một
vinh hạnh lớn cho chúng tôi. Khuấy trộn chất lỏng được
dùng trong hầu hết các quá trình sản xuất, bao gồm chủ
yếu các qui trình công nghệ hóa học. Công nghệ thiết kế
có hiệu quả các thiết bị khuấy trộn chất lỏng trong
những ứng dụng này đã phát triển rất nhanh cho'ng.
Cuốn sách này tóm tát nhiều khái niệm quan trọng
được sử dụng rPng rãi trên thế giới để thiết kế và mở
rộng qui mô và là một đóng góp có giá trị cho các
phương tiện mà các kỹ sư thường dùng trong thực tế.
Việc dịch cuốn sách này sang một vài thứ tiếng là
một bước quan trọng đối với các kỹ sư thực hành. Và
bản dịch • sang tiếng Việt lần này có thể trợ giúp nhiều
cho các kỹ sư Việt Nam. Tôi vui mừng được co' dịp phổ
biến tài liệu này và xin gửi lời chúc mừng các dịch giả.
Rất mong co' được sự hợp tác với các kỹ sư Việt Nam
trong lĩnh vực công nghệ cơ bản này.
Dr. JAMES Y. OLDSHUE, p. E
3
MỤC LỤC
Trang
Chương 1.
MỔ ĐẦU 7
Chương 2
KHÁI NÊM CO BAN 18
Chương 3
CÁC BIỆN PHÁP ĐỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 37
Chương 4
CÁC QUÁ TRÌNH KHÍ - LỎNG 68
Chương 5

CÁC HOẠT ĐỘNG THÉT BỊ THỦ NGHIỆM
VÀ TĂNG QUY MÔ 90
Chương 6
THIẾT KẾ CO 101
Chương 7
HUỐNG DẪN KHUẤY TRỘN CHẤT LỎNG
TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 125
4
LƠI NOI ĐAU
Sách hướng dẫn vè khuấy trộn chát Lóng dành cho những
ai muốn tiếp cận nhanh chóng, ván tát các nguyên lý trộn
chất lỏng. Mặc dù ban đáu được viết như sách nhập môn hay
giáo trình 111Ở đầu cho các sinh viên hóa kỹ thuật song nó
cũng hữu ích cho những ai trong các ngành công nghiộp ho'a
chất tCPI) tự thấy cấn tìm hiểu để tài này. Không may là do
tính chất học thuật nặng nề và những ràng buộc vó thời gian
đối với các môn học điển hình của sinh viên nên nhiều kỹ sư
hóa không có cơ hội tìm hiểu nhiéu kbía cạnh của lỉnh vực
hứng thú này. Trộn chất lỏng quả là đê tài đáng được chú ý
nhiều hơn nếu ta chỉ cẩn xét tới ảnh hưởng to lớn của nó tới
hầu như mọi quá trình sản xuất và mọi sản phẩm công nghiệp
và tiêu dùng. Cuốn sách này nhằm giới thiệu những vấn để
cơ bản và kích thích lòng ham muốn nghiên cứu trong tương
lai. Được biên soạn qua hàng chục năm nghiên cứu và phát
triển và các kinh nghiệm trong công nghiệp, sách được chia
thành sáu chương dễ hiểu.
Chương 1 là mở đầu tóm tắt vể quá trình khuấy trộn,
mảy khuấy trộn, các thành phần kết cấu máy trộn và các biến
khuấy trộn chát lỏng. Chương 2 đé cập những khái niệm cơ
bản quan trọng như các nhóm không thứ nguyên, các chế độ

chát lỏng, dáp tuyến công suất, kết cấu bộ cánh khuấy và phổ
cánh khuấy. Chương 3 khảo sát các cách thức diều khiển dòng
5
bao gồm pha trộn chát lỏng, tạo huyền phù hạt ràn và truyền
nhiệt. Chương 4 giải thích các kiểu quá trình khí-iỏng. chương
5 giới thiệu các hoạt dộng thiết bị thử và tăng quy mô và
chương 6 khảo sát các thiết kể cơ khí cơ bản.
Ngoài ra còn có cả phần hướng dẫn trong phòng thí
nghiệm (chương 7). Chương này đễ cập tới các thí nghiệm vể
mức tiêu thụ công suất của các cánh khuấy, xác định số công
suătỊsố Reynolds, kết cáu tăm chắn, tạo huyên phù, pha trộn
chát lỏng dộ nhót thấp và chuyển khối khí-lòng.
Sách này dược giới thiệu như bước đẩu tiên trong việc
khảo sát lĩnh vực khuấy trộn chất lỏng thực sự hứng thú. Hy
vọng rằng bạn đọc sẽ hưởng ứng bàng cách mong muốn mở
rộng thêm sự hiểu biết của mình về lĩnh vực khuấy trộn chất
lỏng. Cuối cùng chúng tôi khuyên bạn đọc tìm đọc thêm cuốn
Công nghệ khuấy trộn chát lỏng của J.Y.Oldshue (Chemical
Engineering, McGraw-Hill Publishing Company, 1983).
6
Chương 1. MỒ ĐÂU
QUÁ TRÌNH KHUẤY TRỘN
Khuấy trộn chất lỏng đóng vai trò chính trong qui trình
sản xuất rất nhiều sản phẩm. Phần lớn các sản phẩm tiêu
dùng và công nghiệp đều đòi hỏi một kiểu khuấy trộn chất
lỏng nào đó khi điều chế và ứng dụng chúng. Khuấy trộn chất
lỏng chác chắn là qui trình thường hay gặp nhất trong các
ngành công nghiệp hóa chất (CPI) và cả ở các ngành công
nghiệp có liên quan. Các sản phẩm thu được từ những ngành
công nghiệp thực phẩm, dầu mỏ, khai thác mỏ, dược phẩm,

bột giấy và giấy và hóa chất co' thể sẽ không khả dụng nếu
như không co' thiết bị khuấy trộn chất lỏng và công nghệ khuấy
trộn chất lỏng. Việc xử lý phế thải thành phố và công nghiệp
và xử lý nước cũng bị kém đi nếu không co' các máy khuấy
trộn chất lỏng, các thiết bị phun khí và các thiết bị tạo bông
láng. Hơn nữa, các máy khuấy trộn chất lỏng là rất cẩn thiết
trong việc bảo vệ môi trường. Ví dụ, khử lưu huỳnh trong khí
ống thải (FGD) - một quá trinh giúp kiểm soát mức ô nhiễm
không khí (mưa axit) - các máy khuấy trộn chất lỏng đóng
vai trò quan trọng trong hấp thụ khí suníurơ (S02).
Các yêu cầu của quá trình khuấy trộn thay đổi và bao
gồm (chứ không phải giới hạn ở) quá trình pha trộn các chất
lỏng độ nhớt thấp với các chất lỏng độ nhớt cao, tạo các hạt
7
rán lơ lửng trong chất lỏng, phân tán chất khí hoặc chất rán
trong chất lỏng, chuyển khối và truyền nhiệt. Kiểu khuấy trộn
riêng đối với một quá trinh đã cho cũng thay đổi từ chuyển
động chát lỏng đơn giản, cẩn năng lượng tương đối thấp tới
khuấy trộn cần năng lượng cao đòi hỏi chất lỏng phải trượt
và chảy rối ở mức độ cao.
Cách phân loại chung các áp dụng trộn đối với các quá
trình vật lý và ho'a học như ở bảng 1 -1 .0 đây ta thấy rằng
một nhóm ứng dụng riêng liên quan tới cả quá trình vật lý
lẫn quá trình hóa học. Cũng có nhiều quá trình liên quan tới
nhiễu hơn một nhóm ứng dụng - ví dụ, lỏng - rán - khí và
lỏng - lỏng - rán - khí.
Bảng 1- 1. Các quá trình khuấy trộn
Quá trình vật lý
Nhóm ứng dụng Quá trình hóa học
Tạo thể td từng Lỏng - rắn

Hoà tan
(huyền phù)
Phân tán
Lỏng - khí
Hấp thụ
Nhũ tương hóa
Chất lỏng không trộn lẫn Chiết
Pha trộn
dược
Chất lỏng trộn lẫn dược
Phản ứng
Bơm Chuyển dộng của chất lỏng
Truyền nhiệt
MÁY KHUẤY TRỘN
Máy khuấy trộn là thiết bị thường gồm bộ truyền động,
trục và một hoặc nhiẽu bộ cánh khuấy gán trên trục. Bộ cánh
khuấy là dụng cụ bất kỳ lắp trên trục quay để luân chuyển
vật liệu trong thùng trộn. Các cánh khuấy quay tạo ra sự thay
thế lẫn nhau của vật liệu bên trong hệ thống để thỏa mãn
yêu cáu cùa quá trình.
8
Có nhiễu loại bộ cánh khuấy khác nhau, bao gốm chân
vịt, tuabin đai chán, tuabin đĩa, kiểu cái cào, kiểu cửa, mái
chèo, tuabin cánh nghiêng V.V No'i chung, có thể phân các
bộ cánh khuấy thành hai nhóm lớn - cánh khuấy dòng chảy
hướng trục và cánh khuấy dòng chảy hướng kính.
Hình 1 - / . Cánh khuấy dòng Hình ì -2. Mô hình dòng chảy
chảy hướng trục. hướng trục điển hình.
Cánh khuấy dòng chảy hướng trục co' hướng xả chính
trùng với trục quay cánh khuấy. Hình 1-1 cho thấy những ví

dụ vê cánh khuấy dòng chảy hướng trục và hình 1-2 cho thấy
mô hình dòng chảy hướng trục điển hình.
Các cánh khuấy dòng chảy hướng kính có hướng xả chính
vuông go'c với trục quay. Các hình 1-3 và 1-4 minh họa các
ví dụ về cánh khuấy dòng chảy hướng kính và các mô hình
dòng chảy điển hình của chúng.
9
Các máy khuấy chất lỏng công nghiệp được chế tạo với
một khoảng rộng các kích thước và kiểu cách để thích ứng
với các điêu kiện khuấy trộn từ quy mô phòng thí nghiệm tới
quy mô sản xuất lớn :
1. Máy khuấy phòng thí nghiệm - thường dưới 1/8 mã
lực (0,1 kW), các bộ điều khiển tốc độ láp trên vành đế với
các kích thước cánh khuấy thích hợp với các loại cốc và binh
nhỏ trong phòng thí nghiệm (hình 1-5).
2. Máy khuấy trộn xách tay - thường là máy khuấy trộn
1/4 tới 3 mã lực (0,2 tới 2,2 kW) có cơ cấu móc giữ thích hợp
cho láp trên mép bỉnh. Chúng thuộc loại xách tay vì chúng
không có giá cố định và thường không cẩn nối thường xuyên
với bộ khởi động. Loại này có thể không cần nút kín, không
cẩn kẹp giữ và di chuyển nhanh từ bình này sang bình khác
(hình 1-6).
Hình 1-3. Cánh khuấy dòng
chảy hướng kính.
Hình 1-4. Mô hình dòng chảy
hddng kính điển hình.
10
ó . May Knuay trọn láp pma tren - cong SUÍ11, tnuuug IU
5 tới 250 mã lực (3,75 tới 187 kW) hoặc lớn hơn, lắp ở giá
đỡ thường xuyên phía trên hoặc ngay trên đinh thùng khuấy

(hình 1-7). Có thể dùng các máy khuấy trộn đó với thùng kín
hoặc hở. Trục máy thẳng đứng, co' một hoặc nhiều cánh khuấy.
Máy co' trục bít kín đôi khi cần thiết tùy thuộc vào từng áp dụng
4. Máy khuấy trộn láp
ngang - còng suất thường từ 1
tới 75 mã lực (0,75 tới 56 kW),
láp trên gờ bên thùng thường //;„/,
7
-d Máy khuấy trộn
gần đáy. Trục nằm ngang, truyền động bánh răng sách tay.
xuyên vào thùng và lấp bộ cánh khuấy kiểu dòng chảy hướng
trục (hình 1-8). Máy khuấy trộn lắp ngang thường cần cơ cấu
đệm trục khuấy.
«) Xem chú thích vé các ký hiệu cánh khuổy <’i trang 41.
Hình / - 5. Máy khuấy trộn tốc độ
biến thiên dùng trong phòng
thí nghiệm.
11
Hình / - 7 Gá đặt máy khuấy trộn
lắp phía trên.
trộn đạt được bằng cách
tạo ra dòng chảy, đảo
ngược sự quay của dòng
chảy và kết hợp lại các
thành phần của dòng
chảy (hình 1-10).
CÁC BỘ PHẬN CỦA
THIẾT KẾ MAY
KHUẤY TRỘN
5. Máy khuấy trộn lắp

phía đáy - được láp thường
xuyên phía dưới đáy thùng. Với
loại máy khuấy trộn này
thường cần cơ cấu đệm kín
(hình 1-9).
6. Máy khuấy trộn tĩnh
hay không chuyển động -
những máy này được chế tạo
với các chỉ tiêu khuấy trộn tĩnh
tại, nghiêng chéo nhau đặt liên
tiếp trong ống dẫn. Năng lượng
được cung cấp từ dòng chảy
xuất phát từ một nguồn bơm,
trọng lực hoặc áp lực. Sự khuấy
Hình 7-8. Máy khuấy trộn lắp ngang.
Có ba bộ phận
chính trong thiết kế máy
khuấy trộn - thiết kế quá trình, các đặc trưng công suất của
bộ cánh khuấy và các chuẩn cứ thiết kế cơ khí (bảng 1-2).
12