BÁO CÁO THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH KHUẤY

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (561.98 KB, 35 trang )

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM


NHÂN TÀI CHO PHÁT TRIỂN

BÁO CÁO THỰC HÀNH KỸ
THUẬT PHẢN ỨNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Dương Huỳnh Thanh Linh

THỰC HIỆN: NHÓM 2
Ma Thị Oanh
Nguyễn Thị Thảo
Đoàn Duy Tuấn
Phạm Thị Xuân Quỳnh Lương
Hoàng Văn Lộc
Nguyễn Duy Khánh

Bà Rịa, ngày 20 tháng 3 năm 2019

1

BÁO CÁO THỰC HÀNH Q TRÌNH KHUẤY
1. MỤC ĐÍCH
- Làm quen với sơ đồ nguyên lý quá trình khuấy và nguyên tắc hoạt động của
thiết bị khuấy.
- Khảo sát đặc tuyến công suất theo độ nhớt của dung dịch và đường kính, số
vịng quay của cánh khuấy.

2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Khái niệm cơ bản
Khuấy là quá trình làm giảm sự khơng đồng nhất trong chất lỏng; đó là sự chênh
lệch về nồng độ, độ nhớt, nhiệt độ, … ở những vị trí khác nhau trong lịng chất lỏng.
Q trình khuấy hệ lỏng rất thường gặp trong công nghiệp (nhất là cơng nghiệp hóa
chất và những ngành cơng nghiệp tương tự: công nghiệp thực phẩm, công nghiệp
luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng, cơng nghiệp hóa dược, cơng nghiệp nhẹ,
…) và trong đời sống hằng ngày.
Quá trình khuấy cơ học được sử dụng nhằm mục đích:
1. Tạo ra các hệ đồng nhất từ các thể tích lỏng và lỏng, khí, rắn có tính chất thành
phần khác nhau: dung dịch, nhũ tương, huyền phù, hệ bọt, …
2. Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt.
3. Tăng cường quá trình trao đổi chất bao gồm q trình chuyển khối và q trình
hóa học.
Ba loại quá trình điển hình này thực hiện với các hệ đồng thể và dị thể khác nhau
như hệ lỏng – lỏng, hệ lỏng – rắn, hệ lỏng – khí trong các loại hình thiết bị rất đa
dạng như: thiết bị phản ứng (thiết bi sulfur hóa, nitro hóa, …), thiết bị trao đổi nhiệt,
thiết bị tạo nhũ tương và tạo huyền phù.
Trong các hệ thống khuấy, một trong những vấn đề được đặt ra là tiên đốn cơng
suất tiêu tốn cho một hệ thống nhất định.
2.2. Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá quá trình khuấy
2.2.1. Mức độ khuấy
Mức độ khuấy là sự phân bố tương hỗ của hai hoặc nhiều chất sau khi khuấy cả
hệ. Mức độ khuấy trộn chính là một loại chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả và cũng có thể
được sử dụng để đánh giá cường độ khuấy.
2.2.2. Cường độ khuấy
Các đại lượng thường dùng để biểu thị cường độ khuấy:

2



Số vòng quay n của cánh khuấy.



Vận tốc vòng v của đầu cánh khuấy.



Chuẩn số Reynolds (Re) đặc trưng cho q trình khuấy

Re =

n.d 2
υ

Trong đó: d – đường kính cánh khuấy, υ – độ nhớt động học của môi trường
khuấy trộn).


Công suất khuấy trộn riêng Pv, là công suất chi phí để khuấy trộn một đơn

Pv =

P
P
Pm =
V.ρ ; trong đó: P –

V hoặc một đơn vị khối lượng

vị thể tích
cơng suất khuấy trộn, kW; V – lưu lượng khuấy trộn m 3/s; ρ – khối lượng riêng
của môi trường khuấy trộn, kg/m3.
Bốn chỉ tiêu trên không phải là chỉ tiêu vạn năng mà ứng dụng chỉ tiêu nào là tủy
trường hợp cụ thể. Nhưng chỉ tiêu thể hiện đúng đắn nhất cho cường độ khuấy trộn
chính là mức độ khuấy trộn trong đơn vị thời gian. Người ta đã và đang nghiên cứu
để tìm cách xác định hàm biểu diễn nó, nhưng tới nay kết quả chưa nhiều.
2.2.3. Hiệu quả khuấy trộn
Hiệu quả khuấy trộn được xác định bằng lượng năng lượng tiêu hao để đạt được
hiệu ứng công nghệ cần thiết. Như vậy thiết bị khuấy trộn làm việc có hiệu quả lơn
hơn nếu nó đạt được u cầu cơng nghệ đã đề ra với hao phí năng lượng ít hơn.
Hiệu quả khuấy trộn là chỉ tiêu cơ bản để đánh giá sự làm việc và tính hoàn thiện
của thiết bị khuấy trộn, đồng thời là chỉ tiêu chủ yếu dùng khi chọn trạng thái làm
việc tối ưu và kích thước tối ưu của thiết bị khuấy trộn.
Tuy nhiên để tính tốn hiệu quả khuấy trộn, cần phải biết phương trình xác định
cơng suất chi phí cho khuấy trộn, cho cấp nhiệt và cho chuyển khối ở trong các loại
thiết bị khuấy trộn. Vấn đề này được giải quyết chủ yếu thông qua việc thiết lập các
mô hình vật lý hoặc mơ hình tốn học mơ tả các quan hệ đặc trưng cho các quá trình
đã nêu trên.
2.3. Cơ cấu khuấy
2.3.1. Cách lựa chọn cơ cấu khuấy
Cho tới nay chưa có một tiêu chuẩn vạn năng để lựa chọn cơ cấu khuấy tương
ứng cho quá trình đã biết. Cho nên khi lựa chọn cơ cấu khuấy cần phải lưu ý tới các
kinh nghiệm thu lượm được ở các hệ thống công nghiệp cũng như ở thiết bị thí
nghiệm. Cách lựa chọn này rõ ràng khơng phải tối ưu và thường không loại trừ được
các yếu tố chủ quan do tập quán dẫn đến làm phức tạp công nghệ hiện hành. Các

3

tham số vật lý của chất lỏng mà trước hết là độ nhớt đóng vai trị quan trọng khi lựa
chọn cơ cấu khuấy. Nói chung thường dùng cơ cấu khuấy vận tốc cao để khuấy trộn
chất lỏng có độ nhớt thấp và ngược lại.
Đồ thị ở hình 2.1a giới thiệu vùng sử dụng của các kiểu cơ cấu khuấy đối với chất
lỏng có độ nhớt khác nhau:
I

II

III

IV

V

VI

VII

Mỏ neo

Chân vịt

Turbin cánh phẳng

Bản

Khung

Vít tải

Băng

Từ đó thấy rằng cơ cấu khuấy chân vịt và turbin có vùng sử dụng rất rộng rãi và
chúng thích hợp để khuấy trộn các chất lỏng có khoảng độ nhớt rộng. Các cơ cấu
khuấy cịn lại có phạm vi sử dụng hẹp. Từ đồ thị dễ dàng xác định được rằng để
khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt rất cao tốt nhất là dùng cơ cấu khuấy vít tải và
băng.

Hình 2.1
Đồ thị hình 2.1b dùng để lựa chọn cơ cấu khuấy theo độ nhớt và theo thể tích
khuấy. Các đường cong tương ứng là giới hạn trên phạm vi sử dụng của các loại cơ
cấu khuấy tương ứng.
Việc lựa chọn cơ cấu khuấy phải căn cứ vào mục đích cơng nghệ, nghĩa là cần
chú ý đến q trình thực hiện trong thiết bị khuấy và tính chất cơng nghệ của môi
trường được khuấy. Ở bảng 2.1 giới thiệu sơ bộ các phạm vi sử dụng công nghệ của
các loại cơ cấu khuấy.

4

Bảng 2.1

Cơ
khuấy

Bản

Tấm

Thể
cấu khuấy
V (m3)

≤50

≤50

Vận
tốc
vịng thích
hợp của đầu Phạm vi sử dụng
cánh

tích Độ nhớt
chất lỏng
μ (Pa.s)

v (m/s)

0,001 - 0,5

3–2

0,5 - 3

2 – 1,2

0,001
0,05

-

2,6 – 0,5

Khuấy chất lỏng tan
lẫn có độ nhớt trung
bình; nhũ tương hóa
sơ bộ; huyền phù
hóa với nồng độ tới
90%; khuấy đảo các
cặn bẩn; hòa tan
chậm các vật liệu
tinh thể, vơ định
hình, dạng sợi; san
bằng nhiệt độ chất
lỏng; khuấy để kết
tinh.
Hịa tan chất lỏng có
độ nhớt nhỏ; hịa tan
các tinh thể, huyền
phù hóa, tăng cường
q trình trao đổi
nhiệt.

2.3.2. Cơ cấu khuấy bản (mái chèo) và tấm
Cơ cấu khuấy bản là cơ cấu khuấy chậm và có hai cánh hoặc bốn cánh. Tỷ số
chiều dài cánh với đường kính thùng lớn hơn ở cơ cấu khuấy turbin (Hình 2.2a).

Đường kính cánh khuấy d = (0,5÷0,8)D và chiều cao cánh khuấy b = (0,1÷0,4)d.
Khoảng cách từ cơ cấu khuấy tới đáy thùng h = (0,1-0,3)d, chiều cao lỏng trong
thùng H = (0,7-1,3)D. Nếu khuấy trộn trong thiết bị cao thì một trục có thể lắp vài
cơ cấu khuấy. Vận tốc vịng đầu cánh của cơ cấu khuấy bản trong khoảng 1,5-4 m/s.
Cơ cấu khuấy bản là loại thiết bị khuấy trộn cổ nhất trong cơng nghiệp hóa học.
Song chúng vẫn được sử dụng tới ngày nay trong những trường hợp không cần thiết

5

luân chuyển chất lỏng hướng trục – kính mãnh liệt trong thiết bị. Cơ cấu kiểu này
tạo luân chuyển lỏng vòng quanh chu vi, còn sự luân chuyển trục – kính khơng đáng
kể. Ưu điểm chủ yếu của cơ cấu khuấy bản là đơn giản, dễ chế tạo nên giá thành
thấp. Nhược điểm là cường độ khuấy trộn kém, hiệu quả khuấy trộn thấp và không
thể dùng để khuấy các chất lỏng dễ phân lớp.
Cơ cấu khuấy cánh nghiêng (Hình 2.2b) được dùng cho các chất lỏng khó khuấy
trộn cũng như để tạo huyền phù hay nhũ tương. Góc nghiêng so với phương trục
quay thường là 45o. Có thể gắn lên một trục hai hoặc ba cặp cơ cấu (Hình 2.2c) ở
dạng chữ thập, tạo nên sự khuấy trộn tốt trong tồn bộ thể tích chất lỏng. Cơ cấu
khuấy bản có chiều cao bản b= (0,8-1,2)d là cơ cấu khuấy tấm. Đường kính của nó
thường lấy bằng 0,5D. Vận tốc đầu cánh khuấy không vượt quá 2,5 m/s. Cơ cấu
khuấy này được sử dụng trong q trình hịa tan và trao đổi nhiệt. Đơi khi ở các
cánh có đục lỗ để tăng độ chảy rối của chất lỏng (Hình 2.2d). Trong trường hợp
khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt cao, trên thân thiết bị có lắp tấm chắn hướng kính
(Hình 2.2đ) để ngăn cản tạo xoáy, làm tăng chảy rối và thực hiện khuấy trộn trong
tồn thể tích. Cần chú ý rằng việc sử dụng cơ cấu khuấy với cánh khuấy rất dài là
khơng hợp lý, vì khi răng đường kính cánh khuấy làm tăng vọt cơng suất u cầu.
Cho nên trong thùng đường kính lớn người ta đặt hai hoặc nhiều hơn cơ cấu khuấy
có đường kính nhỏ.

Hình 2.2
2.4. Phân tích thứ ngun
Cơng suất khuấy P phụ thuộc vào:
 Vận tốc cánh khuấy N, v/s.
 Đặc tính của chất lỏng: độ nhớt , khối lượng riêng .
 Độ cao của chất lỏng trong bình chứa H, m.

6

 Đường kính cánh khuấy d, m.
 Đường kính bình khuấy D và cấu trúc bình khuấy (loại cánh khuấy, hình
dáng bình chứa, số tấm chặn, …).
Như vậy ta có được quan hệ:
P  f (N, d,  ,  , D, H , Z, các
kíchthước
hìnhhọckhác
)

(1)

D

d

Z

H

W

Hình 2.3: Một hệ thống khuấy đồng dạng hình học
Phân tích thứ ngun cho thấy:
2
2

P
*  d N N d d Z H



f
,
,
,
,
,
...
 

g
D
D
D
N 3 d5 



(2)

Trong đó:
NP 

Re 

P
N d5 
3

: chuẩn số cơng suất, có ý nghĩa của một thừa số ma sát.

d2 N


: chuẩn số Reynold của cánh khuấy, tỉ số giữa giữa lực ly tâm và
lực ma sát. Nó đặc trưng cho chế độ chảy của lưu chất trong bình khuấy.

7

Fr 

N 2d
g

: chuẩn số Froude, tỉ số giữa lực ly tâm và lực trọng trường, đặc
trưng cho sự hình thành xoáy phễu.
d Z H
, ,
D D D

, …: các thừa số hình dạng của hệ thống.

Giữa các hệ thống thỏa mãn điều kiện đồng dạng hình học, các thừa số hình dạng
bằng nhau. Ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của chúng. Vì thế:
N P  f * (Re,Fr )

(3)

2.5. Giản đồ công suất
Công thức để xác định công suất khuấy trộn:
P  N P N 3 d5 

Trong đó NP phụ thuộc vào hai chuẩn số Re và Fr. Việc xác định chuẩn số công suất
NP bằng giải tích cho đến nay vẫn cịn rất khó khăn. Vì thế, người ta dùng thực
nghiệm để xây dựng quan hệ giữa ba chuẩn số nói trên. Thơng thường, người ta tìm
cách cố định một trong hai thơng số (giả sử là Re) ở một giá trị Re 1 nào đó, làm thí
nghiệm với các giá trị Fr1, Fr2, … để được các NP tương ứng. Sau đó sẽ thay đổi Re
đến các Re2, Re3, … và lặp lại quy trình. Dễ thấy rằng ta sẽ có được một mặt phẳng
trong hệ tọa độ Re-Fr-NP để mơ tả phương trình (3).

N
P

Fr
1

Fr
2

Fr
3

Fr4
Re1

Re
2

Re
3

Re
4

8

Hình 2.4: Re – Fr - NP
Từ giản đồ ba chiều người ta sẽ chuyển về hai chiều để có thể sử dụng. Tuy nhiên,
người ta nhận thấy rằng đối với đa số các hệ thống thực, Fr không phải là yếu tố ảnh
hưởng quyết định lên NP. Do đó ta có thể vẽ đồ thị thể hiện quan hệ giữa N P và Re
và bỏ qua Fr.
Đồ thị mô tả quan hệ đó gọi là giản đồ chuẩn số cơng suất khuấy. Sinh viên có thể
tìm hiểu một số giản đồ đã được xây dựng trong các tài liệu tham khảo. Hai giản đồ
dưới đây được trích lại từ tài liệu [1].

9

10

NP

0,1

0,2

0,5

1,0

2

5

10

1

2

5

10

50

100

200

500

Re

1000

2000

5000

10

2x10

4

4

5x10

10

5

5

2x10

 = 1,09 mNs/m2

0,088
0,191
0,332
0,538
0,762
1,03
1,37
1,72
2,10

Fr

5

5x10

100 rpm
150 rpm
200 rpm
250 rpm
300 rpm
350 rpm
400 rpm
450 rpm
500 rpm

Vậ
n tố

c

6

10

Hình 2.5: Giản đồ chuẩn số công suất
khuấy
cho2 một
cánh 2khuấy chân vịt
 = 189
mNs/m
 = loại
28,2 mNs/m

20

4

Cá
nh khuấ
y châ
n vịt đườ
ng kính 0,3m
Đườ
ng kính thù
ng 1,37m
Mực lỏ
ng 1,37m
Cá

nh khuấ
y cá
ch đá
y 0,3m

11

NP

1

2

5

10

20

50

100

1

2

5

10

50

100

200

500

1000 2000

5000

10

4

2x10

4

4

5x10

4

1

2

3

5

10

5

2x10

5

5x10

1: Bềrộ
ng tấ
m chặ
n bằ
ng 4 % đườ
ng kính thù
ng
2:
''
10 %
''
3:
''
17 %

''
4: Khô
ng tấ
m chặ
n

6

10

Hình 2.6: Giản đồ chuẩn số công suất khuấy cho một loại cánh khuấy turbine
Re

20

Turbine 6 cá
nh phẳ
ng, đườ
ng kính 150mm
Đườ
ng kính thù
ng 450mm
Turbine cá
ch đá
y 150mm
Mực lỏ
ng 450mm

2.6. Tiên đốn cơng suất cho các hệ thống thực (Nguyên tắc khuếch đại đồng

dạng)
Khi cần thiết kế một hệ thống khuấy trộn trong công nghiệp, người ta tạo một mơ
hình mẫu nhỏ rồi tiến hành thực nghiệm để xây dựng giản đồ chuẩn số cơng suất
cho mơ hình này. Mơ hình mẫu phải đồng dạng với mơ hình lớn thực tế. Vì sự đồng
dạng này mà mơ hình lớn có thể dùng chung giản đồ của mơ hình mẫu. Áp dụng
giản đồ này, ta có thể tiên đốn cơng suất khuấy trộn thực cần thiết.
3. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống khuấy
a) Yêu cầu:
 Mặt bằng: dài x rộng x cao: D1.000 x R1.000 x C2.500
 Điện: 10A – 220VAC – 1 pha
 Nước: 100 lít
b) Thơng số kỹ thuật:
- Cánh khuấy:

+ Đường kính danh nghĩa: 180, 270
+ Dạng cánh khuấy: bản
+ Vật liệu: inox SUS 304

- Bồn chứa:

+ Dung tích: V=20 lít

12

+ Vật liệu: inox SUS 304
- Motor:

+ Công suất: N=3/4 HP
+ Số vòng quay nmax= 1.000 rpm

- Cảm biến vòng quay: + Tín hiệu truyền: xung
+ Vật liệu: inox (hoặc nhựa chịu hóa chất)
- Tủ điện điều khiển:

+ Kích thước: H400 x W600 x D300
+ Vật liệu vỏ: inox SUS 304
+ Vật liệu mặt: inox SUS 304 + thủy tinh hữu cơ
+ Hiển thị số vòng quay: 1 đồng hồ chỉ thị số
+ Hiển thị công suất: 1 đồng hồ hiển thị số
+ Điều khiển: điều chỉnh số vòng quay
+ Bảo vệ: quá tải
+ Cảnh báo sự cố: ánh sáng + âm thanh
+ Tiến hành thí nghiệm trực tiếp trên mặt sơ đồ cơng
nghệ

- Chassi:

+ Kích thước H800 x W600 x D600
+ Vật liệu: vuông 40 inox SUS 304
+ Bánh xe để di chuyển
+ Bộ điều chỉnh thăng bằng

4. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
4.1. Phương pháp đo
4.1.1. Cơng suất khuấy
- Đọc trên đồng hồ POWER. Nhấn nút P trên đồng hồ 1 lần và bắt đầu đọc.
- Bắt đầu đo công suất hoạt động P với vận tốc ban đầu của cánh khuấy là 10 rpm,

mỗi lần tăng 5rpm.
- Ứng với mỗi tốc độ quay N của cánh khuấy, ghi nhận 20 lần giá trị công suất P và
lấy giá trị trung bình để tính tốn.
i

13

- Lưu ý ở góc dưới bên trái của đồng hồ POWER, mỗi khi ký hiệu
thì ghi nhận giá trị công suất 1 lần, lặp lại liên tục 20 lần.

xuất hiện

4.1.2. Vận tốc khuấy N
Đọc trên đồng hồ RETURN theo đơn vị vịng/phút (rpm).
4.2. Nội dung thí nghiệm
- Cho motor hoạt động không tải, cũng bắt đầu đo công suất hoạt động không tải P o
với vận tốc ban đầu của cánh khuấy là 10 rpm, mỗi lần tăng 5rpm.
Thí nghiệm được thực hiện với 2 chất lỏng là nhớt và dầu. Đối với nhớt tiến hành
lần lượt với cả ba cánh khuấy. Ứng với mỗi cánh khuấy phải đo hai chế độ: có và
khơng có tấm chặn. Vận tốc khuấy thay đổi từ 10 đến 95 vòng/phút.
Nội dung trên có thể thay đổi theo yêu cầu của giáo viên hướng dẫn.
Chú ý:
 Chiều cao mực chất lỏng trong bồn khuấy luôn được giữ ở mức H = 200
mm.
 Khi tiến hành thay đổi cánh khuấy phải tháo trục khuấy ra ngoài rồi mới
thay cánh khuấy khác, xiết ốc lục giác để giữ trục khuấy và cánh khuấy
vừa chặt tay, không cố gắng dùng lực xiết quá chặt.
 Mỗi khi tăng tốc độ vòng quay n phải đợi 20-30 giây để hệ thống ổn định
mới bắt đầu lấy số liệu cơng suất khuấy.

5. PHÚC TRÌNH
5.1. Kết quả
Chiều cao cột dầu nhờn: 20 cm
Đường kính bể chứa dầu nhờn: 36 cm

N (rpm)

4 cánh
Có bản
Không bản

P (kW)
2 cánh lớn
Có bản
Không bản

2 cánh nhỏ
Có bản
Không bản lề

P0 (kW)
4 cánh
Không nhớt

14

lề
10
15

20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95

lề
0.068
0.073
0.077
0.080
0.082
0.084
0.087
0.091
0.095
0.098
0.103
0.106

0.110
0.116
0.118
0.124
0.130
0.133

lề
0.067
0.074
0.078
0.081
0.085
0.087
0.089
0.092
0.094
0.097
0.099
0.102
0.106
0.109
0.110
0.113
0.117
0.118

lề
0.067
0.074

0.078
0.081
0.083
0.086
0.089
0.093
0.096
0.099
0.103
0.106
0.110
0.114
0.115
0.119
0.124
0.127

lề
0.067
0.075
0.078
0.080
0.082
0.085
0.088
0.091
0.093
0.095
0.099
0.104

0.107
0.109
0.110
0.115
0.119
0.120

0.069
0.075
0.079
0.081
0.083
0.086
0.089
0.092
0.095
0.098
0.100
0.103
0.106
0.109
0.111
0.113
0.116
0.118

0.068
0.074
0.077
0.080

0.083
0.085
0.087
0.091
0.094
0.096
0.100
0.102
0.105
0.108
0.110
0.112
0.115
0.117

0.068
0.075
0.078
0.08
0.083
0.085
0.088
0.091
0.094
0.097
0.1
0.103
0.107
0.109
0.11

0.113
0.117
0.117

Bảng 1. Số liệu thu được từ thực nghiệm
5.2. Đồ thị
5.2.1. Xây dựng các giản đồ chuẩn số công suất khuấy cho các trường hợp thí
nghiệm.
Áp dụng cơng thức sau để tính các chuẩn số
NP 

P
3 5
N d ;

Re 

d2 N


Nhớt ở 300C:
μ=0.09089 ( Pa . s )
ρ=852.15(

Kg
)
m3

15

N
(rpm)
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95

Po (W)

P (W)

N (1/s)

68
75

78
80
83
85
88
91
94
97
100
103
107
109
110
113
117
117

68
73
77
80
82
84
87
91
95
98
103
106
110

116
118
124
130
133

0.166667
0.25
0.333333
0.416667
0.5
0.583333
0.666667
0.75
0.833333
0.916667
1
1.083333
1.166667
1.25
1.333333
1.416667
1.5
1.583333

ΔP=P−Po (W)
0
-2
-1
0

-1
-1
-1
0
1
1
3
3
3
7
8
11
13
16

Re

NP

113.9138
170.8707
227.8275
284.7844
341.7413
398.6982
455.6551
512.612
569.5688
626.5257
683.4826

740.4395
797.3964
854.3533
911.3102
968.267
1025.224
1082.181

12012.34
3820.92
1700.277
904.4589
536.4991
346.094
240.1365
176.4098
134.2556
104.0535
84.2369
68.18435
56.65229
48.57279
40.7128
35.66841
31.50175
27.4031

Bảng 2. Bảng giá trị cho trường hợp 4 cánh khuấy có bản lề, d = 27 cm

Giản đồ chuẩn số công suất khuấy

14000
12000
f(x) = 3882834512.86 x^-2.7

Np

10000
8000
6000
4000
2000
0

0

200

400

600

800

1000

1200

Re
Hình 1. Giản đồ chuẩn số công suất cho 4 cánh khuấy có bản lề

16

N
(rpm)

Po (W)

P (W)

N (1/s)

ΔP=P−Po (W)

68
75
78
80
83
85
88
91
94
97
100
103
107
109
110
113

117
117

67
74
78
81
85
87
89
92
94
97
99
102
106
109
110
113
117
118

0.166667
0.25
0.333333
0.416667
0.5
0.583333
0.666667
0.75

0.833333
0.916667
1
1.083333
1.166667
1.25
1.333333
1.416667
1.5
1.583333

-1
-1
0
1
2
2
1
1
0
0
-1
-1
-1
0
0
0
0
1

10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95

Re

NP

113.9138
170.8707
227.8275
284.7844
341.7413
398.6982
455.6551

512.612
569.5688
626.5257
683.4826
740.4395
797.3964
854.3533
911.3102
968.267
1025.224
1082.181

11835.69
3873.262
1722.358
915.7646
556.1271
358.4545
245.6569
178.3484
132.8424
102.9918
80.96556
65.61135
54.5922
45.64168
37.95261
32.50428
28.35158
24.31253

Bảng 3. Bảng giá trị cho trường hợp 4 cánh khuấy khơng có bản lề, d = 27 cm

Giản đồ chuẩn số cơng suất khuấy
14000
12000

Np

10000
8000
6000
4000
2000
0

0

200

400

600

800

1000

1200

Re
Hình 2. Giản đồ chuẩn số công suất cho 4 cánh khuấy khơng có bản lề
N
(rpm)

Po (W)

P (W)

N (1/s)

ΔP=P−Po (W)

Re

NP

17

10
15
20
25
30
35
40
45
50
55

60
65
70
75
80
85
90
95

68
75
78
80
83
85
88
91
94
97
100
103
107
109
110
113
117
117

67
74

78
81
83
86
89
93
96
99
103
106
110
114
115
119
124
127

0.166667
0.25
0.333333
0.416667
0.5
0.583333
0.666667
0.75
0.833333
0.916667
1
1.083333
1.166667

1.25
1.333333
1.416667
1.5
1.583333

-1
-1
0
1
0
1
1
2
2
2
3
3
3
5
5
6
7
10

113.9138
170.8707
227.8275
284.7844
341.7413

398.6982
455.6551
512.612
569.5688
626.5257
683.4826
740.4395
797.3964
854.3533
911.3102
968.267
1025.224
1082.181

11835.69
3873.262
1722.358
915.7646
543.0417
354.3343
245.6569
180.2869
135.6688
105.1153
84.2369
68.18435
56.65229
47.73533
39.67772
34.23017

30.04782
26.16687

Bảng 4. Bảng giá trị cho trường hợp 2 cánh khuấy có bản lề, d = 27 cm

Giản đồ chuẩn số cơng suất khuất
14000
12000

Np

10000
8000
6000
4000
2000
0

0

200

400

600

800

1000

1200

Re
Hình 3. Giản đồ chuẩn số cơng suất cho 2 cánh khuấy có bản lề có d = 27 cm
N
(rpm)

Po (W)

P (W)

N (1/s)

ΔP=P−Po (W)

Re

NP

18

10
15
20
25
30
35
40
45

50
55
60
65
70
75
80
85
90
95

68
75
78
80
83
85
88
91
94
97
100
103
107
109
110
113
117
117

67
75
78
80
82
85
88
91
93
95
99
104
107
109
110
115
119
120

0.166667
0.25
0.333333
0.416667
0.5
0.583333
0.666667
0.75
0.833333
0.916667
1

1.083333
1.166667
1.25
1.333333
1.416667
1.5
1.583333

-1
0
0
0
-1
0
0
0
-1
-2
-1
1
0
0
0
2
2
3

113.9138
170.8707
227.8275

284.7844
341.7413
398.6982
455.6551
512.612
569.5688
626.5257
683.4826
740.4395
797.3964
854.3533
911.3102
968.267
1025.224
1082.181

11835.69
3925.603
1722.358
904.4589
536.4991
350.2141
242.8967
176.4098
131.4292
100.8682
80.96556
66.89785
55.10722
45.64168

37.95261
33.07958
28.83622
24.7246

Bảng 5. Bảng giá trị cho trường hợp 2 cánh khuấy khơng có bản lề, d = 27 cm

Giản đồ chuẩn số cơng suất khuấy
14000
12000

Np

10000
8000
6000
4000
2000
0

0

200

400

600

800

1000

1200

Re
Hình 4. Giản đồ chuẩn số cơng suất cho 2 cánh khuấy khơng có bản lề có d = 27
cm
N
(rpm)

Po (W)

P (W)

N (1/s)

ΔP=P−Po (W)

Re

NP

19

10
15
20
25
30

35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95

68
75
78
80
83
85
88
91
94
97
100
103
107
109
110
113

117
117

69
75
79
81
83
86
89
92
95
98
100
103
106
109
111
113
116
118

0.166667
0.25
0.333333
0.416667
0.5
0.583333
0.666667
0.75

0.833333
0.916667
1
1.083333
1.166667
1.25
1.333333
1.416667
1.5
1.583333

1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
-1
0
1
0
-1
1

50.62834
75.94251
101.2567
126.5709
151.885
177.1992
202.5134
227.8275
253.1417
278.4559
303.7701
329.0842
354.3984
379.7126
405.0267
430.3409
455.6551
480.9692

92560.1965
29810.0472
13246.8397
6954.08781
4123.72319
2690.72613
1865.45686
1354.33301
1019.50361
790.156623
621.04265

503.120869
414.559548
346.591482
290.822628
246.829375
213.454659
184.62324

Bảng 6. Bảng giá trị cho trường hợp 2 cánh khuấy có bản lề, d = 18 cm

Giản đồ chuẩn số cơng suất khuấy
100000
90000
80000
70000

Np

60000
50000
40000
30000
20000
10000
0

0

100

200

300

400

500

600

Re
Hình 5. Giản đồ chuẩn số cơng suất cho 2 cánh khuấy có bản lề có d = 18 cm

N
(rpm)

Po (W)

P (W)

N (1/s)

ΔP=P−Po (W)

Re

NP

20

10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95

68
75
78
80
83
85
88
91
94
97

100
103
107
109
110
113
117
117

68
74
77
80
83
85
87
91
94
96
100
102
105
108
110
112
115
117

0.166667
0.25

0.333333
0.416667
0.5
0.583333
0.666667
0.75
0.833333
0.916667
1
1.083333
1.166667
1.25
1.333333
1.416667
1.5
1.583333

0
-1
-1
0
0
0
-1
0
0
-1
0
-1
-2

-1
0
-1
-2
0

50.62834
75.94251
101.2567
126.5709
151.885
177.1992
202.5134
227.8275
253.1417
278.4559
303.7701
329.0842
354.3984
379.7126
405.0267
430.3409
455.6551
480.9692

91218.74
29412.58
12911.48
6868.235
4123.723

2659.439
1823.536
1339.612
1008.772
774.031
621.0426
498.2362
410.6486
343.4117
288.2026
244.645
211.6145
183.0586

Bảng 7. Bảng giá trị cho trường hợp 2 cánh khuấy khơng có bản lề, d = 18 cm

Giản đồ chuẩn số cơng suất khuấy
100000
90000
80000
70000

Np

60000
50000
40000
30000
20000
10000

0

0

100

200

300

400

500

600

Re
Hình 6. Giản đồ chuẩn số cơng suất cho 2 cánh khuấy khơng có bản lề có d = 18
cm

21

Giả sử có chúng ta sắp xây dựng một bồn chứa nhớt có thể tích 50m3. Bồn đồng
dạng hình học với bình thí nghiệm khuấy nhớt trong bài này (tùy chọn loại cánh
khuấy, có tấm chắn hay thành trơn). Chọn 5 giá trị vận tốc bất kỳ, hãy tiên đốn
cơng suất để khuấy bồn nhớt trên ứng với các vận tốc đó. Sau đó vẽ đồ thị biểu diễn
cơng suất theo vận tốc khuấy.
Ta có H = 200 mm
Giả sử ta chọn cơ cấu cánh khuấy là cánh khuấy bản lớn 4 cánh. Và D là đường kính

cánh khuấy
Thê tích bồn thí nghiệm:
π × h ×d 12 π ×0.2 × 0.362
3
V 1=
=
=0.02 m
4
4

Vậy với bồn chứa 50 m3, ta có:
π × H × D 12
3
V 2=
=50 m
4
V 2 50
=
=2500
V 1 0.02
h H
0.2
= =
d 1 D1 0.36
d D 0.27
= =
d 1 D 1 0.36

Suy ra: D1 = 4.135 m, H = 2.297 m, D = 3.1 m
Từ đồ thị 1 ta tìm được phương trình

y = 4E+09x-2.699 => Np => P

22

N
(rpm)

N (1/s)

30
40
50
60
80
90

ρ (Kg/m^3 )

0.50
0.67
0.83
1.00
1.33
1.50

852.15
852.15
852.15

852.15
852.15
852.15

μ
(Pa.s)

D (m)

0.09089
0.09089
0.09089
0.09089
0.09089
0.09089

Re

4.135
4.135
4.135
4.135
4.135
4.135

NP

80153.22
106871
133588.7

160306.4
213741.9
240459.7

P (W)

0.000232
0.000107
0.000059
0.000036
0.000016
0.000012

29.94
32.64
34.91
36.88
40.22
41.67

Bảng 8. Bảng giá trị dự đốn cơng suất khuấy

đồ thị dự đốn cơng suất khuấy cho bồn 50 m3
45.00
40.00
35.00

P (W)

30.00

25.00
20.00
15.00
10.00
5.00
0.00
0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

N (1/s)

Hình 7. Đồ thị dự đốn cơng suất khuấy cho bồn 50 m3

5.2.2. Xây dựng giản đồ công suất khuấy theo tốc độ quay cho các trường hợp thí
nghiệm: ΔP=f(N), trong đó N được đo bằng đơn vị 1/s, từ đó xác định bằng giản đồ
chuẩn số công suất khuấy NP.

23