BÁO cáo THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH THIẾT bị và cơ học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TPHCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA

BÁO CÁO THỰC HÀNH

QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ VÀ CƠ HỌC
Giáo viên hướng dẫn: Trần Thảo Quỳnh Ngân
Lớp học phần: DHHC14A
Tên: Nguyễn Anh Hội
MSSV: 18035251
Nhóm: 5

TP Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 05 năm 2021


Bài 9. CỘT CHÊM
1. Giới thiệu
Tháp đệm là một tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay
hàn. Vật đệm được đổ đầy trong tháp một cách ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
Vật đệm được sử dụng gồm nhiều loại khác nhau, với các loại vật liệu khác nhau,
nhưng phải có diện tích bề mặt riêng (m 2/m3) lớn, ngồi ra độ rỗng hay thể tích tự do
(m3/m3) lớn để giảm trở lực pha khí. Vật liệu chế tạo phải có khối lượng riêng nhỏ và bền
hóa học.
Tháp đệm được sử dụng trong cơng nghiệp để thực hiện các q trình hấp thụ,
chưng cất, trích ly. Vì cấu tạo đơn giản, trở lực trong tháp khơng lớn lắm. Tuy nhiên để
tăng hiệu suất của quá trình, người ta thường chia tháp đệm ra thành nhiều đoạn và đặt
thêm bộ phận phân phối lỏng cho mỗi đoạn tháp.
Trong tháp đệm pha lỏng chảy từ trên xuống và phân bố đều trên bề mặt đệm, pha
khí đi từ dưới lên. Q trình truyền khối trong tháp đệm khơng những phụ thuộc vào q
trình khuếch tán mà cịn chịu ảnh hưởng của chế độ thủy động trong tháp.
2. Mục đích thí nghiệm

Khảo sát sự ảnh hưởng của lưu lượng dịng khí và dịng lỏng đến độ giảm áp suất
của dịng khí trong tháp đệm.
Khảo sát sự biến đổi của thừa số ma sát f ck , f cư trong tháp từ đó so sánh độ tổn thất
áp suất dịng khí trong tháp giữa thực nghiệm và lý thuyết.
Xác định vùng gia trọng của tháp đệm khi vận hành tháp đệm.
Xác định giản đồ điểm lụt của tháp đệm.
a. Cơ sở lý thuyết
1.1.

Chế độ làm việc của tháp đệm

Tùy thuộc vào vận tốc dịng khí mà chế độ thủy động trong tháp đệm có thể xảy ra
4 chế độ thủy lực sau: chế độ dịng, q độ, xốy và sủi bọt. Trong ba chế độ dịng, q
độ và xốy thì pha khí là pha liên tục chiếm tất cả khơng gian trong tháp còn pha lỏng là
pha phân tán chảy thành màng bề mặt đệm, nên còn gọi là chế độ màng.

1


Ở chế độ màng, nếu tiếp tục tăng lưu lượng dịng khí thì xảy ra hiện tượng đảo pha
(điểm C) pha lỏng là pha liên tục chiếm tồn bộ khơng gian trong tháp và pha khí phân
tán vào trong pha lỏng nên có hiện tượng sủi bọt. Chế độ làm việc này gọi là chế độ sủi
bọt (nhũ tương). Nếu tiếp tục tăng lưu lượng dịng khí thì chất lỏng sẽ theo pha khí bắn ra
khỏi tháp. Hiện tượng này gọi là hiện tượng ngập lụt. Theo thực nghiệm, quá trình truyền
khối ở chế độ sủi bọt là tốt nhất, song thực tế tháp đệm được vận hành trong chế độ xốy
gần điểm đảo pha để q trình làm việc dễ kiểm sốt, an tồn.
1.2.

Mối quan hệ giữa độ giảm áp với lưu lượng dịng khí trong tháp

Để khảo sát chế độ thủy động trong tháp đệm, người ta tiến hành khảo sát sự tổn
thất áp suất của dịng khí khi cột khơ (trong tháp đệm chỉ có pha khí mà khơng có pha
lỏng). Khi lưu lượng dịng khí chuyển động trong tháp tăng dần thì độ giảm áp ( ∆ Pck )
cũng tăng theo, sự gia tăng này được biểu diễn theo mối quan hệ lưu lượng với dòng khí
như sau (với n = 1,8 – 2):
log

∆ Pck
´
=n . lg G−lgZ
Z

Khi có dịng lỏng chảy ngược chiều, các khoảng trống bị thu nhỏ lại và dịng khí
di chuyển khó khăn hơn vì một phân thể tích tự do bị lượng chất lỏng chiếm cứ. Trong
giai đoạn đầu (dưới điểm A), lượng chất lỏng bị giữ lại trong tháp là khơng đổi theo tốc
độ khí mặc dầu lượng chất lỏng này tăng theo suất lượng pha lỏng. Trong vùng giữa A và
B, lượng chất lỏng bị giữ lại trong tháp tăng nhanh theo tốc độ khí, các chỗ trống trong
tháp nhỏ dần và độ giảm áp của pha khí tăng nhanh. Vùng này gọi là vùng gia trọng,
điểm B gọi là điểm gia trọng.

2


Tại B, nếu tiếp tục tăng tốc độ pha khí sủi bọt qua lớp chất lỏng tại bề mặt lớp vật

B
Gia trọng

A

lgG
đệm tạo sự đảo pha. Lúc đó hiện tượng pha khí lơi cuốn chất lỏng tăng mạnh và tháp ở
trạng thái ngập lụt, độ giảm áp của pha khí tăng rất nhanh.
Hình 9.1: Ảnh hưởng của lưu lượng dịng khí và
dịng lỏng đến độ giảm áp của dịng khí trong tháp đệm

1.3.

Độ giảm áp khi cột khô (∆ Pck ¿

Zhavoronkov đề nghị một hệ thức đưa ra một hệ thức liên hệ giữa độ giảm áp của
dịng khí qua cột chêm khơ với vận tốc khối lượng của dịng khí qua cột
´2 Z
1
G
∆ Pck = . f ck . .
2
ρk De
−3
´ G .10 . ρk
G=
60. F . ε

De =

4. ε
a

3

Trong đó: ∆ Pck : độ giảm áp khi cột khô, Pa
f ck : hệ số ma sát cột khô
´ : vận tốc khối lượng của dịng khí qua tháp,
G
G : lưu lượng dịng khí vào tháp,

kg
m2 . s

1
phút

Z: Chiều cao của lớp đệm, m
kg
m3

ρk : Khối lượng riêng cảu khơng khí,

F: tiết diện ngang của ống chứa đệm, m 2
D e : Đường kính tuong đương của đệm, m
3

ε : Độ rỗng hay độ xốp của đệm,

m
m3

a : Diện tích bề mặt riêng của đệm,

m2
m3

Hệ số ma sát khi cột khô f ck là hàm số theo chuẩn số Reynold với các loại đệm khác
nhau xác định theo các cơng thức thực nghiệm.
Với đệm vịng xếp ngẫu nhiên, hệ số ma sát khi cột khô f ck được xác định như sau
Ở chế độ xoáy, khi ℜ y > 40:
f ck =

16
ℜ0,2
y

Ở chế độ dòng, khi ℜ y < 40:
140
f ck = ℜ
y

Với chuẩn số Reynold được xác định như sau:
ℜ y=

´
G D e 4. G
. =
ε μ y a. μ y

Với μ y là độ nhớt động lực học của dịng khí,

4

kg
m. s


1.4. Độ giảm áp khi cột ướt (∆ Pcư ¿
Đối với đệm ướt, do ảnh hưởng của dòng lỏng lên bề mặt của đệm, làm giảm bề mặt
tự do, làm tăng vận tốc dịng khí, nên trở lực cũng tăng lên nghĩa là độ giảm áp của dịng
khí khi cột ướt cũng tăng lên. Do vậy lưu lượng dòng lỏng càng lớn thì độ giảm áp càng
tăng. Sự liên hệ giữa độ giảm của dịng khí khi cột khơ (∆ Pck ¿ và khi cột ướt (∆ Pcư ¿ có
thể viết như sau:
∆ Pcư =σ . ∆ P ck

Do đó :
f cư =σ . f ck

Với σ tùy thuộc vào vận tốc khối lượng của dòng lỏng L´
Đối với đệm vịng sứ:
Đường kính < 300mm thì
σ=

1
3
(1− A)

Đường kính >300mm thì
σ=

1
3
(1,13−1,43 A)

Với :
A=3

b=

√(
3

b
L´ 2 a
2. g ρnước ε

( ) )

1,745
ℜ0,3
x

ℜx =

4. L´
a . μx

L .10−3 . ρnước
L´ =
60. F . ε

Trong đó: b: hệ số do ảnh hưởng của lỏng lên đệm
g: Gia tốc trọng trường,

m
s2

5


´ : Vận tốc khối lượng của dòng lỏng qua tháp,
L
1
phút

L: Lưu lượng dòng lỏng vào tháp,
ρnước : Khối lượng riêng của nước,

kg
m2 . s

kg
m3

μ x: Độ nhớt động lưc học của nước,

kg
m. s

1.5. Điểm lụt của cột chêm
Khi cột chêm bị ngập lụt, chất lỏng không chảy xuống được, nên tạo một cột chất
lỏng trong tháp, các chất lỏng khơng cịn đều đặn, độ giảm áp của pha khí bị giao động
mạnh. Hiện tượng này gây bất lợi cho sự hoạt động của tháp, do vậy cần tránh khi vận

hành tháp đệm. Theo Zhavoronkov hiện tượng ngập lụt xảy ra khi hai nhóm số vơ thứ
ngun sau có mối liên hệ với nhau:
f . a ω 2 ρk
μL
π 1= ck 3 .
2 g ρnước μnước
ε

0,2

( )

π 2=

L´ ρk
´ ρL
G

√

G .10−3
ω=
60. F . ε

Trong đó: ω :vận tốc của khí trong tháp đệm, m/s
μ L: Độ nhớt quá trình động lực học của chất lỏng khác nước, kg/m.s
μL
= 1: Nếu chất lỏng là nước.
μ nước

6


Hình 9.2: Điểm lụt của tháp theo π 1, π 2

Do đó sự liên hệ giữa π 1 và π 2 trên giản đổ log-log sẽ xác định một biểu đồ lụt của tháp
đệm, vùng giới hạn hoạt động của tháp đệm ở dưới đường này.
1.4. Tiến hành thí nghiệm
1.4.1. Chuẩn bị thí nghiệm
 Chuẩn bị
- Van xả đáy bồn lỏng (VL1) phải được đóng hồn tồn.
- Mở van nguồn nước, cấp nước vào bồn lỏng khoảng 2/3 bồn.
- Mở hoàn toàn van lỏng hoàn lưu (VL2).
- Mở hoàn toàn van điều chỉnh mực nước trong bộ phận phân khối khí (VL4).
- Khóa van xả nước trong bộ phận phân phối khí (VL5).
- Mở hồn tồn van khí hồn lưu (VK1).
1.4.2. Các lưu ý
Đảm bảo duy trì mực chất lỏng trong ống phân khối khí đạt 2/3 ống trong suốt q
trình thí nghiệm cột khơ hay cột ướt.
Trước khi tiến hành thí nghiệm, phải kiểm tra mực chất lỏng trong hai nhánh áp kế
chữ U bằng nhau.
7


Khi tiến hành thí nghiệm, ln cho quạt thổi khí hoạt động trước bơm và bơm cấp
lỏng hoạt động sau.
Khi kết thúc thí nghiệm, Cho bơm chất lỏng ngừng trước và quạt thổi khí ngừng
sau.
Khi đo lưu lượng dịng khí, giá trị đọc được trên lưu lượng kế phải nhân với 29,08
để đổi đơn vị đo được ra lít/phút.

Điều chỉnh lưu lượng dịng khí hay lỏng đạt được theo giá trị yêu cầu, có thể kết
hợp cả hai van điều chỉnh lưu lượng và van hồn lưu. Nhất thiết khơng được khóa hồn
tồn van hồn lưu.
1.5. Kết quả thí nghiệm
1.5.1. Thí nghiệm cột khơ
Bảng 9.1: Độ giảm áp cột khơ (cmH2O) theo lưu lượng khí

G (Nm3/h)

1

2

3

4

5

∆ PCK (cmH 20)

0,5

0,75

1,75

2

3

1.5.2. Thí nghiệm cột ướt
Bảng 9.2: Độ giảm áp cột ướt (cmH2O) theo lưu lượng khí và lưu lượng lỏng

100

  Llỏng ( Lít /h)
STT

G(Nm 3/h)

120

140

160

180

200

 ∆ P❑

1

1

1

2

2.5

3

3.5

4

2

2

4

4.7

6.5

7

9.5

11.5

3

3

8.5

9.5

15.5

16.5

40

41

4

4

20

22

48

49

50

51

5

5

44

45

-

-

-

-

Đổi đơn vị từ cmH2O sang Pa: 1cmH2O = 98,1 Pa
Cột khô

8


Bảng 9.3: Độ giảm áp của cột khô (Pa) theo lưu lượng khí
G ×29,08

29,08

58,16

87,24

116,32

145,40

49.05

73.58

171.68

196.2

294.3

( Lít / phút )
∆ Pck (Pa)

 Cột ướt
Bảng 9.4: Độ giảm áp của cột ướt (Pa) theo lưu lượng khí và lưu lượng lỏng

1,67

  Llỏng ( Lít / p)
G x 29,08

STT

2,0

2,33

2,67

3

3,33

 ∆ P❑

(L/phút)
1

29,08

29.43

58.86

68.67

78.48

98.1

117.72

2

58,16

39.24

49.05

78.48

117.72

127.53

137.34

3

87,24

49.05

68.67

78.48

98.1

147.15

-

4

116,32

117.72

137.34

156.96

196.2

-

-

5

145,4

127.53

147.15

176.58

-

-

-

1.5.3. Tính tốn số liệu lý thuyết
Bảng 9.5: Các thông số của tháp đệm

Z (m)

a (m2/m3)

ε (m3/m3)

Dtrong (m)

0,6

360

0,67

0,08

1.5.3.1.

Độ giảm áp khi cột khô (∆ Pck ¿
Bảng 9.6: Độ giảm áp cột khô (Pa) theo lưu lượng khí (L/ph)

G (L/ph)

29,08

58,16

87,24

9

116,32

145,40


∆ Pck (Pa)

19,62

39.24

58,86

68.67

78,48

Dịng khí đi vào là khơng khí, độ nhớt và khối lượng riêng của khơng khí ở 0℃ lần
lượt là 17,3.10−6 kg /m . s và 1,293 kg/m3
Độ nhớt của khơng khí ở 33℃ tính bởi cơng thức:
μT =μ0

273+C T
T + C 273

3/ 2

( )

μ30=17,3. 10−6

273+124
30+273
(30+273)+124
273

(

3 /2

)

μ30=1,88. 10−5 kg /m. s

Khối lượng riêng của khơng khí ở 30℃ được tra theo bảng phụ lục sau:
Bảng 9.7: Khối lượng riêng của khơng khí theo nhiệt độ

T, OC

30

40

50

, kg /m3

1,165

1,128

1,093

Ta suy ra được ρkk (3 0O C)= 1,165 kg/m3
 Với G = 19,62 lít/phút
De =

4. ε 4.0,67
=
=7,44.10−3(m)
a
360

π . D 2 π . 0,082
−3
2
F=
=
=5,0265.10 ( m )
4
4
G .10−3 . ρk
19,62.10−3 .1,165
´
G=
=
=0,113 kg/m2.s
60. F . ε

60.5,0265 .10−3 .0,67
ℜ y=

´
4. G
4.0,113
=
=66,78
a . μ y 360.1,88. 10−5

Ở chế độ xoáy, ℜ y > 40 :
f ck =

16
16
=
=6,905
0,2
ℜ y 66,780,2

Tương tự tính các giá trị của G tăng dần ta được:
10


Bảng 9.8: Số liệu tính tốn từ thực nghiệm

G (l/p)

Pck

´
G
2

Pck/Z

Log G´

fck

Reck

Log(

P ck
¿
Z

(kg/s.m )

(Pa)

29,08

0,113

19,62

32,7

-0,946

6.9053

66.78

1.5145

58,16

0,335

39.24

65.40

-0.4750

5.5564

197.99

1.8156

87,24

0,503

58.86

98.10

-0.2984

5.1226

297.28

1.9917

116,32

0,671

68.67

114.45

-0.1733

4.8357

396.57

2.0586

145,40

0,838

78.48

130.80

-0.0768

4.6254

495.27

2.1166

1.5.3.2. Độ giảm áp khi cột ướt ( ∆ P cư )
Sự liên hệ giữa dịng khí khi cột khô ( ∆ P¿¿ ck)¿ và khi cột ướt ( ∆ P cư ) có thể viết là:
∆ Pcư =σ . ∆ P ck

Tra bảng
-

Khối lượng riêng của nước ở 30oC : ¿ 996 kg /m3

-

Độ nhớt động lực học của nước ở 30oC :μư¿ 0,8007. 10−3 kg/m . s

1.5.3.3. Tính mẫu
Với L = 0,83L/ph
Vận tốc khối lượng dịng lỏng qua tháp:
L.10−3 . ρnước
0,83.10−3 .996

2
L´ =
=
=4,1 kg/m . s
−3
60. F . ε
60.5,0265.10 .0,67

Chuẩn số Reynold dòng lỏng:
ℜx =

4 . ´L
4.4,1
=
=¿
a . μ cư 360.0,8007 .10−3

Hệ số b: b=

56,89

1,745 1,745
=
=0,52
ℜ0,3
56,890,3
x

Từ đó suy ra A:

´L
b
A=3
2. g ρnước

√
3

2

( )

2
a
3 0,152 4,1
360
=3
=0,185
ε
2.10 996 0,67

√

11

( )


σ=

1
1
=
=1,85
3
(1−A ) (1−0,185 )3

Độ chênh lệch áp suất khi cột ướt theo lý thuyết:
∆ Pcư =σ . ∆ P ck

Hệ số ma sát cột ướt:
f cư =σ . f ck

Tương tự với các giá trị G và L, ta có các giá trị tính tốn được trong bảng:
 Với L = 0,83 (L/ph)
Bảng 9.9: Số liệu tính tốn thực nghiệm với lưu lượng lỏng (0,83 L/ph) với hệ số σ (1,85)

L = 0,83 lít/phút với σ =1,85
STT

∆ Pck (Pa)

f ck

f cư =σ f ck

1

19,62

36.297

6.904

12.772

2

39.24

72.594

6.010

11.119

3

58.86

108.891

5.542

10.253

4

68.67

127.0395

5.374

9.941

5

78.48

145.188

5.232

9.680

Recư¿

4 L´
α μcư

57.00

 Với L = 1,67 (L/ph)
Bảng 9.10: Số liệu tính tốn thực nghiệm với lưu lượng lỏng (1,67 L/ph) với hệ số σ (2,62)

L = 1,67 lít/phút với σ =¿2,62
STT ∆ Pck (Pa)

f ck

f cư =σ f ck

1

19,62

51,4

6.904

18.088

2

39.24

102.8088

6.010

15.747

3

58.86

154.2132

5.542

14.520

4

68.67

179.9154

5.374

14.079

5

78.48

205.6176

5.232

13.708

12

Recư¿

4 L´
α μc ư

114.00


 Với L = 2,5 (L/ph)
Bảng 9.11: Số liệu tính toán thực nghiệm với lưu lượng lỏng (2,5 L/ph) với hệ số σ (3,57)

L = 2,5 lít/phút với σ =¿3,57
STT

∆ Pck

f ck

(Pa)

f cư =σ f ck

1

19,62

70,04

6.904

24.647

2

39.24

140.0868

6.010

21.456

3

58.86

210.1302

5.542

19.785

4

68.67

245.1519

5.374

19.184

5

78.48

280.1736

5.232

18.679

Recư¿

4Ġ
αμ

171.00

 Với L = 3,33 (L/ph)
Bảng 9.12: Số liệu tính tốn thực nghiệm với lưu lượng lỏng (3,33 L/ph) với hệ số σ (4,79)

L = 3,33 lít/phút với σ =¿ 4,79
STT

∆ Pck

f ck

(Pa)

f cư =σ f ck

1

19,62

93,98

6.904

33.070

2

39.24

187.9596

6.010

28.789

3

58.86

281.9394

5.542

26.546

4

68.67

328.9293

5.374

25.740

5

78.48

375.9192

5.232

25.062

Recư¿

4Ġ
αμ

228.00

 Với L = 4,17 (L/ph)
Bảng 9.11: Số liệu tính tốn thực nghiệm với lưu lượng lỏng (4,17 L/ph) với hệ số σ (6,35)

L = 4,17 lít/phút với σ =¿ 6,35

13


STT

∆ Pck

f ck

(Pa)

f cư =σ f ck

1

19.62

124.59

6.904

43.840

2

39.24

249.17

6.010

38.165

3

58.86

373.76

5.542

35.192

4

68.67

436.05

5.374

34.123

5

78.48

498.35

5.232

33.224

Recư ¿

4Ġ
αμ

285.00

 Với L = 5 (L/ph)
Bảng 9.12: Số liệu tính tốn thực nghiệm với lưu lượng lỏng (5 L/ph) với hệ số σ (8,5)

L = 5 lít/phút với σ =¿ 8,5
STT

∆ Pck

f ck

(Pa)

f cư =σ f ck

1

19.62

166.77

6.904

58.68

2

39.24

333.54

6.010

51.09

3

58.86

500.31

5.542

47.11

4

68.67

583.695

5.374

45.68

5

78.48

667.08

5.232

44.47

Recư¿

4Ġ
αμ

342.00

 Với L = 5,83 (L/ph)
Bảng 9.13: Số liệu tính tốn thực nghiệm với lưu lượng lỏng (5,83 L/ph) với hệ số σ (11,74)

L = 5,83 lít/phút với σ =¿ 11,74
STT

∆ Pck (Pa)

1

19.62

f ck

230.34

6.904
14

f cư =σ f ck

81.052

Recư¿

4Ġ
αμ


2

39.24

460.68

6.010

70.560

3

58.86

691.02

5.542

65.063

4

68.67

806.19

5.374

63.088

5

78.48

921.36

5.232

61.426

399.00

Bảng tính tốn kết quả:
 Cột khơ
Bảng 9.14: Độ giảm áp theo sự thay đổi lưu lượng khí

G (l/p)

´ (kg/s.m2)
G

Log G´

Log(

P ck
¿
Z

29.08

0.113

-0.947

1.5145

58.16

0.335

-0.475

1.8156

87.24

0.503

-0.298

1.9917

116.32

0.671

-0.173

2.0586

0.838

-0.077

2.1166

145.40

15

2.200

log(∆Pck(Pa)/Z)

2.000

1.800

1.600

-1.000

-0.800

-0.600

-0.400

1.400
0.000

-0.200

Log (G)

Hình 9.3: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng lưu lượng khí dến độ giảm áp của dịng
khí trong tháp đệm



Cột ướt

Bảng 9.15: Độ giảm áp theo lưu lượng lỏng
´ (kg/m2.s)
L

4.1

8.23

12.32

16.41

20.55

24.65

28.74

Log L´

0.61

0.92

1.09

1.22

1.31

1.39

1.46

G (l/ph)

log(

∆ P cư
)
z

29.08

1.69

1.99

2.06

2.12

2.21

2.29

2.33

58.16

1.82

1.91

2.12

2.29

2.33

2.36

-

87.24

1.91

2.06

2.12

2.21

2.39

-

-

116.32

2.29

2.36

2.42

2.51

-

-

-

145.4

2.33

2.39

2.47

-

-

-

-

16


2.70

Log(∆𝑃𝑐ư/Z)

2.50

2.30

L1
L2
L3
L4
L5

2.10

1.90

1.70

1.50

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

1.000

1.100

1.200

1.300

1.400

1.500

Log (G)

Theo đồ thị ta có thể thấy được vùng trong khoảng log

( ∆ZP ) trong khoảng từ 0,92

đến 1,1 chính là vùng gia trọng do trên đồ thị ta thấy rằng giá trị log

( ∆ZP ) tăng rất nhanh,

chứng minh rằng lượng chất lỏng bị giữ lại trong tháp tăng nhanh theo tốc độ khí, các chỗ
trống trong tháp nhỏ dần và độ giảm áp của pha khí tăng rất nhanh.
Tính cột lụt

 Tính π 1 :

Hình 9.4: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng lưu lượng dịng khí và dịng lỏng dến độ giảm
áp của dịng khí trong tháp đệm

π 1=

f ck . a

(❑ )
3

ω2 ❑kk 0,2
.
.
.µ
2 g ❑ L td

 Tính π 2 :
π 2=

L ❑kk
.
G ❑L

√

17


 Tính ω :
ω=

G .10−3
60. F . ε

Bảng 9.16: Điểm ngập lụt của tháp đệm theo sự thay đổi luu lượng khí và lỏng
´*
G

´
L

kg/s.m2

kg/m2s

0.2262

16.43

´*
L´ /G

ω

Log π 1

π1

72.6230 0.288

0.036

Log π 2

π2

-1.442

2.48

0.394

0
0.3394

20.538

60.5207 0.432

0.074

-1.131

2.07

0.316

0
0.3959

24.645

62.2483 0.576

0.127

-0.896

2.13

0.328

0
0.4525

28.753

63.5463 0.720

0.194

-0.712

2.17

0.336

0
0.4

0.38

Log 2

0.36

0.34

0.32

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

Log 1
Hình 9.5: Đồ thị điểm lụt của tháp đệm theo quan hệ 1 và 2

18

0.3
-0.6


1.5.4. Bàn luận
1.5.4.1. Ảnh hưởng của dịng khí và dịng lỏng lên độ giảm áp của cột:
Khi vận tốc dòng chuyển động tăng dần khi đó độ giảm áp cũng tăng theo sự gia
tăng này theo lũy thừa từ 1,8 đến 2 của vận tốc khí.
Khi có dịng lỏng chạy ngược chiều khoảng trống nhỏ lại, dịng khí chuyển động
khó khăn hơn. Lúc đầu độ giảm áp của pha khí tăng nhanh, nếu tiếp tục tăng tốc độ pha
khi, giữ ngun lưu lượng dịng lỏng thì độ giảm áp của pha khí tăng rất nhanh.
1.5.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ giảm áp khi cột khí khơ và ướt.
 Đối với cột khơ:
Vận tốc dịng khí ảnh hưởng đến độ giảm áp.
 Chiều cao vật chêm, kích thước đặc trưng của vật chêm, đường kính tương
đương của nó.
 Đối với cột ướt:
 Lưu lượng dịng khí.
 Chế độ dịng chảy.
 Lưu lượng dịng chảy.
1.6. Kết luận
Đối với cột khơ, khi G tăng thì độ giảm áp tăng theo đường thẳng, gần giống với lý
thuyết đưa ra. Còn đối với cột ướt, khi G tăng thì độ giảm áp cũng tăng theo chưng chia
thành từng vùng rõ rệt như giản đồ. Khi lưu lượng lỏng càng tăng thì cột càng dễ gần đến
điểm lụt hơn. Hiện tượng này gây bất lợi cho sự hoạt động cùa tháp, cần tránh khi vận
hành tháp đệm. Tùy thuộc vào vận tốc dịng khí mà chế độ thủy động có thể xảy ra 4 chế
độ thủy lực khác nhau.Trong đó chế độ làm việc tốt nhất là sủi bọt, song trong thực tế

tháp đệm được vận hành trong chế độ chảy xoáy gần điểm đảo pha để q trình dễ kiểm
sốt, an tồn.
1.7. Trả lời câu hỏi
1.Các yếu tố ảnh hưởng đến độ giảm áp của cột khô?
- Chiều cao phần chứa vật chêm.
- Đường kính tương đương của vật chêm.

19


- Thể tích tự do của vật chêm.
- Diện tích bề mặt riêng của vật chêm.
- Khối lượng riêng của pha khí.
- Suất lượng biểu kiến của pha khí qua một đơn vị tiết diện tháp.
2. Tháp chêm được ứng dụng trong lĩnh vực nào?
Tháp chêm được ứng dụng nhiều trong ngành cơng nghiệp thực phẩm.
3. Có mấy loại vật chêm? Chúng được chế tạo từ vật liệu gì?
Vật chêm sử dụng gồm có nhiều loại khác nhau, phổ biến nhất là một số loại vật chêm
sau:
Vịng Raschig: hình trụ rỗng bằng sứ hoặc kim loại, nhựa, có đường kính bằng
chiều cao(kích thước từ 10- 100mm).
Vật chêm hình n ngựa: có kích thước từ 10- 75mm.
Vật chêm vịng xoắn: đường kính dây từ 0,3- 1mm, đường kính vịng xoắn từ 38mm và chiều dài nhỏ hơn 25mm.
4. Kích thước vật chêm cần phải thỏa mãn điều kiện gì?
Vật chêm phải có diện tích bề mặt riêng lớn,ngồi ra độ rỗng cũng phải lớn.
5. Lựa chọn vật chêm cần phải thỏa mãn những điều kiện gì?
Phải có diện tích bề mặt riêng lớn,có độ rỗng lớn để giảm trở lực chop pha khí và phải
bền.
6. Ưu và nhược điểm của vật chêm bằng sứ?
- Ưu điểm:giá thành rẻ,khơng bị oxy hóa,khơng bị ăn mịn.

-Nhược điểm:dễ vỡ.
7. Trong thí nghiệm các số liệu đo được cũng như lưu lượng của các dòng có ổn
định khơng?
Trong thí nghiệm các số liệu đo được cũng như lưu lượng của các dịng khơng ổn định.
8. Trong thí nghiệm có mấy điểm cần lưu ý? Điểm nào quan trọng nhất?

20


Trong thí nghiệm có điểm cần lưu ý sau: Trong quá trình đo độ giảm áp của cột ướt,
cần canh giữ mức lỏng ở đáy cột luôn ổn định ở ¾ chiều cao đáy bằng cách chỉnh van7.
Nếu cần, tăng cường van 8 để nước trong cột thốt về bình chứa.
9. Tại sao phải duy trì mực lỏng ở ¾ đáy cột?
Vì nếu ta cho đầy thì khí khơng tiếp xúc được với nước (không đi vào cột hấp thu).
Nếu cho ít nước thì khí ít tiếp xúc vói dung mơi,và có nhiều bọt khí thí số liệu đo dược sẽ
bị sai.
10. Có mấy loại quạt?kể tên?quạt trong bài này là loại gì? Cao áp hay thường?
Có 2 loại quạt là quạt cao áp và quạt thường. Quạt trong bài này là quạt cao áp
11. Cơng thức tính hệ số trở lực do ma sát trong tháp chêm ở các chế độ chảy
(Re) khác nhau?
Cột khô:
Cột ướt:

với
∆Pcư = σ∆Pck

n = 1,8 – 2,0
với σ=〖10〗^ΩL

Giá trị σtùy thuộc vào loại, kích thước, cách thức sắp xếp vật chêm (xếp ngẫu nhiên

hay theo thứ tự) và độ lớn của lưu lượng lỏng L. Thí dụ với vật chêm là vịng sứ Raschig
12,7 mm, chêm ngẫu nhiên, độ xốp ε= 0,586; giá trị của L từ 0,39 đến 11,7 kg/m2s và cột
hoạt động trong vùng dưới điểm gia trọng. Ω=0,084
12. Tháp chêm làm việc ở chế độ nào là tốt nhất? Thực tế có thể vận hành ở chế
độ này hay khơng? Tại sao?
Tháp chêm làm việc ở chế độ chân không là tốt nhất.nhưng khơng thể vận hành cho
thực tế. Vì thực tế sẽ mau làm dòng lỏng đạt đến điểm lụt.
13. Thế nào là điểm gia trọng?
Cho pha khí tiếp xúc pha lỏng phải qua vật liệu điệm tăng độ tiếp xúc.Khi vận tốc khí
lỏng sẽ phân tán trong khí, tăng tốc độ khí lỏng bị tụ lại,Điểm gia trọng điểm đó áp suất
pha khí đủ lớn để xun qua pha lỏng liên tục.Ưu điểm: ít tốn dung mơi.

21


TÀI LIỆU THAM KHẢO:
Sổ tay quá trình & thiết bị trong cơng nghệ hóa chất, tập 1 & 2 [Book] / auth. giả Tập
thể tác. - [s.l.] : NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2012.
Tài liệu hướng dẫn thực hành các quá trình & thiết bị trong cơng nghệ hóa học
[Book]. - [s.l.] : Khoa cơng nghệ hóa học Trường đại học cơng nghiệp TP.HCM, 2017.

22