Giáo trình thực hành máy và quá trình thiết bị

GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH MÁY VÀ QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ HỆ TRUNG CẤP Thành phố Hồ Chí Minh, 9 – 2004 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4 KHOA HOÁ Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 2 MỤC LỤC Nội dung Trang MỤC LỤC ..........................................................................................................2 BÀI 1: CHƯ NG CẤT ...........................................................................................5 BÀI 2: TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG ..........................................................10 BÀI 3: THÁP ĐỆM ............................................................................................16 BÀI 4: QUẠT LY TÂM ......................................................................................28 BÀI 5: BƠM LY TÂM........................................................................................33 BÀI 6: LỌC KHUNG BẢN .................................................................................44 BÀI 7: THÁO LẮP THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ....................................................52 BÀI 8: THÁO LẮP THIẾT BỊ LỌC. .....................................................................53 Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 3 MÔN HỌC: THỰC HÀNH MÁY VÀ THIẾT BỊ 1. Mã môn học : 038TP320 2. Số đơn vị học trình: 2 3. Trình độ thuộc khối kiến thức: Khối kiến thư ùc cơ sở ngành. 4. Phân bố thời gian: 100% thư ïc hành 5. Điều kiện tiên quyết: Thư ïc hành sau khi học song các môn học lý thuyết các quá trình và thiết bị 1 và 2. 6. Mô tả vắn tắt nội dung môn học: Trang bị cho sinh viên nắm bắt đư ợc các kiến thư ùc lý thuyết đã học trư ớc về các cơ sở các quá trình thủy lư ïc, cơ học vật liệu rời, truyền nhiệt, truyền khối. Tính toán đư ợc các thông số cơ bản trong các quá trình đó. 7. Nhiệm vụ của sinh viên: Tham dư ï học và thảo luận đầy đủ. Thi và kiểm tra giư õa học kỳ theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT 8. Tài liệu học tập : Giáo trình thư ïc tập quá trình và thiết bị 9. Tài liệu tham khảo : [1]. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học. Tập 1, 2 - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. Hà nội, 1992 [2]. Nguyễn Bin - Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thư ïc phẩm. Tập 1, 2 - NXB Khoa học và kỹ thuật, 1999 [3]. Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ- Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học - Truyền nhiệt - NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh. [4]. Đỗ Trọng Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Võ Thị Ngọc Tư ơi, Trần Xoa - Cơ sở quá trình và thiết bị công nghệ hóa học. Tập 1, 2 - NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp. Hà Nội, 1974 [5]. Hoàng Đình Tín - Nhiệt công nghiệp - NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2001 [6].Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh - Truyền khối - NXB Khoa học và kỹ thuật, 1998 [7]. Hoàng Minh Nam, Vũ Bá Minh - Cơ học vật liệu rời - NXB Khoa học và kỹ thuật, 1998 10. Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên: Tham dư ï đầy đủ các buổi thư ïc hành và thảo luận đầy đủ. Thi kiểm tra giư õa học kỳ kỳ theo qui chế 04/1999/QĐ- BGD&ĐT 11. Thang điểm: 10/10 12. Mục tiêu môn học: Trang bịcho sinh viên như õng kiến thư ùc cơ bản về cơ sở lý thuyết chuyên ngành hoá học. Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 4 13. Nội dung chi tiết: Bài 1: Chư ng cất Bài 2: Truyền nhiệt ống lồng ống Bài 3: Tháp đệm Bài 4: Quạt ly tâm Bài 5: Bơm ly tâm Bài 6: Lọc khung bản Bài 7: Tháo lắp thiết bị truyền nhiệt Bài 8: Tháo lắp thiết bị lọc Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 5 BÀI 1: CHƯNG CẤT I . MỤC ĐÍCH : Khảo sát ảnh hư ởng của dòng hòan lư u và ảnh hư ởng của vị trí mân nhập liệu đến hiệu suất của tháp chư ng cất và độ tinh khiết của sản phẩm . II. LÝ THUYẾT : Mô hình mâm lý thyết là mô hình tóan đơn giản nhất dư ïa trên các cơ sở sau : a / Cân Bằng giư õa hai pha lỏng – hơi cho hỗn họp hai cấu tư û. b / Điều kiện động lư ïc học lư u chất lý tư ởng trên mâm lý tư ởng cho hai pha lỏng – hơi là: - Pha lỏng phải hòa trộn hòan tòan trên mâm - Pha hơi không lôi cuốn các giọt lỏng tư ø mâm dư ới lêm mâm trên và đồng thời có nồng độ đồng nhất tại mọi vị trí trên tiết diện. - Trên mỗi mâm luôn đạt sư ï cân bằng giư õa hai pha. 1. Hiệu suất : Để chuyển số mâm lý thuyết thành số mâm thư ïc ta cần phải biết hiệu suất mâm. có 3 lọai hiệu suất cần dùng là: (1) hiệu suất tổng quát , liên quan đến tòan tháp. (2) hiệu suất mâm Murphree, liên quan đến một mâm và (3) hiệu suất cục bộ, liên quan đến vị trí cụ thể trêm mâm. Hiệu suất tổng quát E0 đơn giản khi sư û dụng như ng kém chính xác nhất, đuọ7c định nghĩa là tỷ số giư õa mâm lý tư ởng và số mâm thư ïc cho tòan tháp. Số mâm lý tư ởng số bậc thang - 1 E0 = = Số mâm thư ïc số mâm thư ïc Với 1 tư ợng trư ng cho nồi đun luôn luôn tư ơng đư ơng với một mâm lý thuyết Hiệu suất mâm Murphree định nghĩa là : yn - yn+1 EM = y*n - yn+1 Trong đó : yn = nồng độ thư ïc ucủa pha hơi rời mâm thư ù n. yn+1 = Nồng độ thư ïc của pha hơi vào mâm thư ù n. y*n = Nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng rời ống chảy chuyền mâm thư ù n. Hiệu suất mân Murphree do đó là tỷ số giư õa sư ï biến đổi nồng độ pha hơi qua một mâm với sư ï biến đổi nồng độ cư ïc đại có thể đạt đư ợc khi pha hơi rời mâm cân bằng với pha lỏng rời mâm thư ù n . nói chung pha lỏng rời mân có nồng độ Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 6 không bằng với nồng độ trung bình của pha lỏng trên mâm nên dẫn đến khái niệm hiệu suất cục bộ. hiệu suất cục bộ đư ợc định nghĩa như sau : yn, - y,n+1 EM = y,en - y,n+1 yn, : Nồng độ rời khỏi vị trí cụ thểtrên mâm n . y,n+1 : Nồng độ pha hơi vào mâm n tại cùng vị trí . y,en : Nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng tại cùng vị trí 2. Mối liên hệ giữa hiệu suất mâm Murpree và hiệu suất tổng quát : Hiệu suất tổng quát của tháp không bằng với hiệu sât trung bình của tư øng mâm. Mối liên hệ này tùy thuộc vào độ dốc tư ơng đối của đơng2 cân bằng và đư ờng làm việc. Khi mG/L > 1 hiệu suất tổng quát có giá trị lớn hơn và khi mG/L < 1 hiệu suất tổng quát có giá trị nhỏ hơn .Như vậy với quá trình trong đó cả hai vùng như trên (chư ng cất) thì hiệu suất tổng quát E0 có thể gần bằng hiệu suất mâm EM. Tuy nhiên khi phân tích hoạt động của một tháp thay một phần của tháp thư ïc tế trong đó đo đư ợc sư ï biến thiên nồng độ qua một hoặc một vài mâm sẽ xác định đư ợc giá trị đúng của EM hơn là giả sư û EM = E0 . III. THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT : - Hệ thống chư ng cất 5 mâm xuyên lỗ (xem hình vẽ). - Một hệ thống đo nhiệt độ . Đo nhiệt độ các mâm , nồi đun , nhiệt độ nhập liệu , nhiệt độ hoàn lư u . - Một phù kế . - Đồng hồ đo thời gian (sinh viên chuẩn bị ). - Một ống khắc vạch 250 ml . - Một bình nư ớc cất. - Một bình rư ợu Etylic. IV. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM : 1 Tiến hành thí nghiệm : - Đổ bình nư ơc cất vào bình nhập liệu, pha rư ợu vào sao cho nồng rư ợu khoảng 15-20 độ, pha hỗn hợp gần đầy bình nhập liệu . - Khi hỗn hợp trong nồi đun dư ới vạch trắng (1/3) nồi đun sẽ rất nguy hiểm, sẽ cháy điện trở nồi đun, luôn luôn phải chú ý mư ùc chất lỏng trong bình nhập liệu (1/3 nồi đun). - Đóng cầu dao tổng của hệ thống , mở công tắc điện của nguồn chính, mở công tắc gia nhiệt nồi đun, chờ nồi đun sôi tiến hành nhập liệu. Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 7 - Nối đầu ống nhập liệu vào mâm muốn khảo sát, mở van NL, mở van vào mâm cần nhập liệu,mở công tắc bơm nhập liệu, điều chỉnh lư u lư ợng nhập liệu (bằng nút điều chỉnh trên lư u lư ợng kế ).Ở độ đọc thích hợp (theo giáo viên hư ớng dẫn). Nhiệt độ nhập liệu có thể điều chỉnh bằng nút nhiệt suất cung cấp cho dòng nhập liệu. - Mở bơm nư ớc cung cấp dòng làm nguội. (Sư û dụng chung với bài ống lồng ống). Trong quá trình chư ng cất không đư ợc tắt bơm này. - Trong quá trình thiết bị chư ng cất đang hoạt động. Các van SP, BNL sẽ đóng. - Sản phẩm đỉnh thu đư ợc sẽ cho hòan lư u qua đỉnh tháp chư ng cất bằng cách , mở van HL1, HL2, mở công tắc bơm hoàn lư u, lư u lư ợng hòan lư u đư ợc điều chỉnh qua lư u lư ợng kế hòan lư u ở độ đọc thích hợp (theo GVHD). Nhiệt độ hoàn lư u có thể điều chỉnh bằng nút nhiệt suất cung cấp cho dòng hoàn lư u . - Khi sản phẩm trong bình thu sản phẩm đã đầy, tiến hành đo nồng độ sản phẩm đỉnh bằng cách mở van cho vào ống đong và đo nồng độ rư ợu ,sau khi đo xong nồng độ, phải mở van hư ùng sản phẩm vào bình đư ïng cồn để tiến hành đo mân kế tiếp (rư ơu trong ống đong cũng cho vào bình đư ïng cồn, không mở van BNL để nồng độ nhập liệu không bị thay đổi) - Khi thay đổi vị trí mâm nhập liệu, tháo đầy ống nhập liệu gắn vào mâm mới (mâm cần thí nghiệm), không cần thiết điều chỉnh lư u lư ợng. Như ng cần tắt bơm nhập liệu và gia nhiệt nhập liệu . 2 Ngừng máy : + Tắt gia nhiệt hoàn lư u , tắt bơm hoàn lư u. + Tắt gia nhiệt nhập liệu, tắt bơm nhập liệu . + Tắt gia nhiệt nồi đun . + Tháo sản phẩm đỉnh vào bình nhập liệu cồn qua van. + Tắt bơm dòng làm lạnh, khi không còn sản phẩm . + Ngắt công tắt điện vào hệ thống . + Ngắt cầu dao tổng của hệ thống chư ng cất . + Có thể dùng loại sản phẩm đáy nếu rư ợu còn nhiều. V. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 1. Aûnh hư ởng của dòng hoàn lư u giư õ dòng nhập liệu ở độ đọc nhất định không đổi vào mâm số 4 (hoặc bất kỳ mâm khác) thí nghiệm 3 trị số khác nhau của dòng hoàn lư u ở 3 độ đọc khác nhau (theo GVHD) 2. Aûnh hư ởng của vị trí mâm nhập liệu : Thay đổi 2 vị trí mới của mâm nhập liệu vào mâm số 2 và mâm số 5 (hoặc hai mâm khác với thí nhgiệm 1) giư õ lư u lư ợng nhập liệu không đổi . 3. Đo nhiệt độ dòng nhập liệu và nhiệt độ dòng hoàn lư u bằng đồng hồ điện tư û. Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 8 4. Đo nồng độ nhập liệu và trong mỗi thí nghiệm mở van SP để lấy mẫu sản phẩm vào ống đong và đo nồng độ bằng phù kế . VI. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN : 1. Kết quả đo và tính toán ghi theo mẫu sau: L.lư ợng dòng ml/ph Độ chỉ phù kế Nhiệt độ đoThí nghiệm Vị trí mâm F Lo D VD VF tF tLO 1 2 3 4 120 180 240 30 60 90 120 TN Vị trí mâm R xF xD xW tF 1 2 3 4 TN Phương trình đường nhập liệu Phương trình đường cất 1 2 3 4 Hiệu suất mâm sốTN Vị trí mâm R Số mâm LT H.suất mâm t.quát 1 2 3 4 5 1 2 3 4 2. Đồ thị và kết quả tính toán a. Tìm số mâm lý thuyết bằng phư ơng pháp đồ thị. Dùng mỗi đồ thị cho mỗi trư ờng hợp thí nghiệm. a. Tính hiệu suất tổng quát và hiệu suất mâm cho mỗi trư ờng hợp thí nghiệm. b. Tư ø số mâm thư ïc vẽ trên đồ thị suy ra độ tinh khiết của sản phẩm đỉnh . 3. Bàn luận: Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 9 a. Bàn luận về ảnh hư ởng của dòng hoàn lư u đến độ tinh khiết của sản phẩm và hiệu suất mâm và hiệu suất tổng quát của cột chư ng cất. b. Bàn luận về ảnh hư ởng của vị trí mâm nhập liệu trên độ tinh khiết và hiệu suất mâm. c. Như õng ư ùng dụng chư ng cất trong công nghiệp, thiết bị chư ng cất trong thư ïc tế và mô hình thí nghiệm. VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1. Quá trình thiết bị tập 3 – Truyền khối (chư ơng 5 và chư ơng 7) Võ Văn Bang & Vũ Bá Minh, ĐHBK.TP.HCM 1997. 2.Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1 và tập 2, ĐHBK Hà nội ,1980. Bình Chư ùa Nhập Liệu Bơm Nhập Liệu Nồi Đun Điện Trở 2,5 Kw Bơm Hoàn Lưu Lư u Lư ợng Kế Đo Dòng Hoàn Lư u Lư u Lư ợng Kế Đo Dòng Nhập Liệu Điện Trở Đun Nóng Dòng Nhập Liệu Điện Trở Đun Nóng Dòng Hoàn Lưu Dòng Làm Nguội Bình Chư ùa Sản Phẩm Đỉnh Bộ Phận Ngư ng Tụ Sản Phẩm THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM CHƯ NG CẤT BNL LN AT HL1 HL2 TL SP NL Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 10 BÀI 2. TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Làm quen với thiết bị truyền nhiệt dạng ống lồng ống, các dụng cụ đo nhiệt độ và lư u lư ợng lư u chất. Xác định hệ số truyền nhiệt trong quá trình truyền nhiệt giư õa hai dòng lạnh nóng đư ợc ngăn cách bởi vách ngăn kim loại ở các chế độ chảy khác nhau. Thiết lập phư ơng trình cân bằng nhiệt lư ợng . II. LÝ THUYẾT Truyền nhiệt trong thiết bị dạng ống lồng ống là sư ï truyền nhiệt phư ùc tạp giư õa hai lư u chất đư ợc ngăn cách bởi vách ngăn kim loại. Phư ơng thư ùc truyền nhiệt ở đây là truyền nhiệt đối lư u tư ø vách ngăn đến lư u chất (và ngư ợc lại) và dẫn nhiệt qua thành ống kim loại. Nhiệt lư ợng do dòng nóng tỏa ra: QN = G1C1(tv1 – tR1) Nhiệt lư ợng do dòng lạnh nhận vào QL = G2C2(tR2 – tv2) Tư ø dó ta thành lập phư ơng trình cân bằng nhiệt lư ợng QN = QL  G1C1(tv1 – tR1) = G2C2(tR2 – tv2) (1) Trong đó: G1, G2 - Lư u lư ợng dòng nóng và dòng lạnh, kg/s C1, C2 - Nhiệt dung riêng của lư u chất, J/kg.độ tv1, tR1 - Nhiệt độ vào vàra của dòng nóng, 0C tv2, tR2 - Nhiệt độ vào và ra của dòng lạnh, 0C Quá trình truyền nhiệt đư ợc biểu diễn bởi phư ơng trình: Q = Kl*.tlog.L (2) Trong đó: L - Chiều dài ống, m Kl* - Hệ số truyền nhiệt dài theo thư ïc nghiệm, W/m2.độ tlog – hiệu số nhiệt độ trung bình giư õa hai dòng lư u chất, 0C nΔt lΔtln nΔtlΔ logΔt  t (3) Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 11 Nếu 2 NΔt LΔt  thì hiệu số nhiệt độ trung bình của hai dòng lư u chất có thể đư ợc tính theo công thư ùc: 2 NΔtLΔt tbΔtlogΔt  Hệ số truyền nhiệt dài tính theo lý thuyết Kl:   bd br ngd2 1 trd ngd.ln 2 1 trd1 1l K αλα Π (4) Trong đó: dng, dtr - Đư ờng kính ngoài và đư ờng kính trong của ồng truyền nhiệt, m .  - hệ số dẫn nhiệt của kim loại làm ống, W/m.độ. db - Đư ờng kính lớp bẩn bám trên thành ống, m. rb – hệ số trở nhiệt của cặn bẩn, m2.độ/W 1, 2 - hệ số cấp nhiệt giư õa vách ngăn và các dòng lư u chất đư ợc tính tư ø chuẩn số Nu. R.El.E 0,25 ) rtP rP(nr.P m eA.RNu  Các hệ số A, m, n, El, ER là các hệ sốthư ïc nghiệm phụ thuộc vào các yếu tố: Chế độ chảy của dòng lư u chất. Sư ï tư ơng quan giư õa dòng chảy và bề mặt truyền nhiệt. Đặc điểm bề mặt truyền nhiệt bao gồm độ nhám, hình dạng… III. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Hệ thống thiết bị thí nghiệm có 3 loại ống với kiểu kế cấu bề mặt truyền nhiệt như sau:  Kiểu ống A: Loại ống có cánh tản nhiệt.  Kiểu ống B: Loại ống lồng ống mà lư u chất chảy ngang mặt ngoài của ống trong. tv1 tv1 tR1 tv1 tR2 tv1 tv2 tv1 tN tv1 tL tv1 Hình 1 Nếu hai dòng lư u chất chuyển động ngư ợc chiều thì tL và tN đư ợc tính như hình 1. Trong đó tL = tv2 – tR1 tN = tR2 – tv1 Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 12  Kiểu ống C: Loại ống lồng ống đơn giản, lư u chất chảy dọc bề mặt của ống trong Kích thư ớc các loại ống truyền nhiệt cho trong bảng 1 Bảng 1: Kích thước các loại ống truyền nhiệt trong bài thí nghiệm Kiểu ống Đư ờng kính ống trong, mm Đư ờng kính ống ngoài, mm Chiều dài, mm A 10,7/12,7 26/28 1000 B 14/16 26/28 1000 C 14/16 26/28 1000 IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM: Mở van 1 cho nư ớc vào thùng D khoảng 2/3. Bậc công tắc điện trở F, đun nư ớc cho tới lúc sôi. Đối với bài thí nghiệm này ta cố định lư u lư ợng dòng lạnh và cho thay đổi dòng nóng để xét sư ï trao đổi nhiệt giư õa hai dòng lư u chất. 1. Đối với ống B: Điều chỉnh dòng lạnh: Mở hoàn toàn van 2 và 6/ để đảm bảo rằng nư ớc có thể hoàn lư u lại thùng chư ùa. Đóng 3 van nóng 9N, 10N, 11 và mở 3 van lạnh 9L, 10L, 12. Mở bơm lạnh BL và mở van 8 để dòng lạnh vào ống B. Đóng hoàn toàn van 12 và điều chỉnh van 6/ để lư ợng nư ớc qua lư u lư ợng kế là 8 l/phút. Mở lại van 12 đồng thời đóng hai van 9L, 10L để không cho dòng lạnh chảy qua lư u lư ợng kế. Lư u ý rằng dòng lạnh chảy qua ống B lúc này là 8 l/phút. Điều chỉnh dòng nóng: Mở 3 van nóng 9N, 10N, 11. Mở van 4 và đóng hai van 3, 5 để dòng nóng chảy vào ống B. Bậc bơm BN sau đó đóng van 11 lại. Điều chỉnh van 4 cho nư ớc qua lư u luợng kế là 4 l/phút. Đợi khoảng 2 phút, sau đó đo nhiệt độ đầu vào và ra của 2 dòng lư u chất ư ùng với các nút trên thiết bị đo nhiệt độ. Tiếp tục điều chỉnh van 4 để tăng lư u lư ợng dòng nóng lên 8 và 12 l/phút, đo nhiệt độ đầu vào và ra tư ơng tư ï như trên. Tắt bơm nóng BN. 2. Đối với ống C Đóng ba van nóng 9N, 10N, 11 và mở lại ba van lạnh 9L, 10L, 12. Mởvan 7 và đóng van 8 để cho dòng lạnh chảy qua ống C. Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 13 Đóng van 12 lại và điều chỉnh van 6/ để nư ớc chảy qua lư u lư ợng kế G là 8 l/phút. Đóng 3 van nóng 9N, 10N, 11 và mở 3 van lạnh 9L, 10L, 12. Các bư ớc còn lại hoàn toàn tư ơng tư ï như đối với ống B. 3. Đối với ống A Do ống A chỉ có dòng nóng chảy qua nên các bư ớc thí nghiệm SV làm tư ơng tư ï như trên. Các kết qủa thí nghiệm có thể lập vào bảng 2: Bảng 2: Kết qủa thí nghiệm Nhiệt độ dòng nóng Nhiệt độ dòng lạnh Lư u lư ợng dòng lạnh, l/ph Lư u lư ợng dòng nóng, l/ph Vào, 0C Ra, 0C Vào, 0C Ra, 0C QN1 = 4 QN2 = 8 Ống A QN3 = 12 QN1 = 4 QN2 = 8 QL = 8 (Ống B) QN3 = 12 QN1 = 4 QN2 = 8 QL = 8 (Ống C) QN3 = 12 V. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN b1 - Tính nhiệt lư ợng Q theo công thư ùc (1) b2 - Tính log theo (3) b3 - Tính hệ số truyền nhiệt dài thư ïc nghiệm theo (2) b4 - Tính hệ số truyền nhiệt dài theo lý thuyết theo (4) bằng cách tính hệ số cấp nhiệt 1, 2 như sau: Xác định chế độ chảy của lư u chất bằng chuẩn số Re μ ρω tddRe  Trong đó: ,  - khối lư ợng riêng và độ nhớt động học của lư u chất, kg/m3 và Pa.S dtd – kích thư ớc hình học chủ yếu, m π 4F tdd  Với: F – diện tích mặt cắt, m2  - chu vi mặt cắt ư ớt, m Đối với ống B: Chế độ chảy màng 5 < Re <103 Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 14 0,25 tPr Pr0,38Pr0,50,5ReNu     Chế độ chảy chuyển tiếp 103 < Re < 2.105 0,25 tPr Pr0,38Pr0,60,25ReNu     Chế độ chảy rối 2.105 < Re < 2.106 0,25 tPr Pr0,37Pr0,80,023ReNu     Đối với ống C: Chế độ chảy màng Re < 2300 0,25 tPr PrGr0,43Pr0,330,15ReNu     1,0 Chế độ chảy chuyển tiếp 2300 < Re <10.000 lε 0,25 tPr Pr0,43C.PrNu     Chế độ chảy rối Re > 10.000 0,25 tPr Pr0,43Pr0,80,021ReNu     Trong đó: Pr, Prt – chuẩn số prandt ở nhiệt độ trung bình của dòng lư u chất và của vách ngăn, đặc trư ng cho sư ï khác nhau của hệ số cấp nhiệt khi đun nóng và làm lạnh. Nếu không biết nhiệt độ vách ngăn, để đơn giản trong tính toán ta xem nhiệt độ trung bình của dòng lư u chất bằng nhiệt độ của vách ngăn nghĩa là tỉ số Pr/Prt = 1. C – hệ số phụ thuộc vào Re. Có thể chọn C theo bảng 3: l – hệ số phụ thuộc tỷ lệ l/d khi Re < 10.000, l cho trong bảng 4 Gr – chuẩn số Grashop 2μ βΔt2ρ3tdgdGr  Với:  - hệ số giản nở thể tích t – hiệu nhiệt độ giư õa thành ống và dòng lư u chất Bảng 3: Các giá trị của C theo Re Re.103 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 3 4 5 6 8 10 C 1,9 2,2 3,3 3,8 4,4 6 10,3 15,5 19,5 27 33 Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 15 Bảng 4: các giá trị của l theo tỷ số l/d l/d 1 2 5 10 15 29 30 40 50 l 1,9 1,7 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02 1 Sau khi có chuẩn số Nu ta tìm 1, 2 theo công thư ùc: λ tdαdNu  với:  - hệ số dẫn nhiệt của lư u chất b5 - Lập bảng kết qủa tính Kl* và Kl theo chế độ chảy tư ø đó suy ra sai số giư õa Kl* và Kl. b6 - Dư ïng đồ thị Kl*, Kl theo Re VI. BÀN LUẬN Sau khi tính toán và dư ïng các đồ thị, sinh viên tư ï đư a ra như õng nhận xét, đánh giá và bàn luận về kết quả thí nghiệm theo các nội dung sau: Tổn thất nhiệt có đáng kể không. Tại sao. Nguyên nhân gây ra sai số trong lúc làm thí nghiệm, ảnh hư ởng của sai số đến kết qủa tính toán. Biện pháp khắc phục. Giải thích sư ï khác nhau giư õa Kl* và Kl. Đư a ra một vài ư ùng dụng mô hình thí nghiệm trong thư ïc tế. 7. TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1. Hư ớng Dẫn Thí Nghiệm Quá Trình và Thiết Bị – Trư ờng Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh. 2. Sổ Tay Tập II Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Chất – NXB Khoa Học và Kỹ Thuật. Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 16 BÀI 3. THÁP ĐỆM I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: - Khảo sát đặc tính động lư ïc học lư u chất và khả năng hoạt động của tháp đệm bằng cách xác định: - Ảnh hư ởng của vận tốc khí và lỏng lên độ giảm áp suất của dòng khí qua cột. - Sư ï biến đổi của hệ số ma sát fck trong cột theo chuẩn số Reynolds Rec của dòng khí và suy ra các hệ thư ùc thư ïc nghiệm. - Sư ï biến đổi của thư øa số liên hệ giư õa độ giảm áp của dòng khí khi cột khô và khi cột ư ớt với vận tốc dòng lỏng. II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: 1. Cấu tạo: Tháp đệm là một tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn. Vật đệm đư ợc đổ đầy trong tháp theo một trong hai phư ơng pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thư ù tư ï. Vật đệm sư û dụng gồm nhiều loại khác nhau, phổ biến nhất là một trong số các vật loại sau:  Vòng Raschig: hình trụ rỗng bằng sư ù, kim loại hoặc như ïa.  Vật đệm hình yên ngư ïa  Vật đệm vòng xoắn Yêu cầu chung của các loại vật đệm là phải có diện tích bề mặt riêng lớn (m2/m3 tầng đệm), ngoài ra độ rỗng (hay thể tích tư ï do, m3/m3 tầng đệm) lớn để giảm trở lư ïc pha khí. Vật liệu chế tạo phải có khối lư ợng riêng nhỏ và bền hóa học 2. Sự chuyển động của lưu chất qua tháp đệm: Khi chất lỏng chuển động tư ø trên xuống và pha khí chuyển động tư ø dư ới có thể xảy ra 4 chế độ thủy lư ïc sau: chế độ màng, chế độ treo, chế độ nhũ tư ơng và chế độ kéo theo. Trong ba chế độ chảy màng, treo và nhũ tư ơng thì pha khí là pha liên tục chiếm tất cả không gian còn lại trong tháp còn chất lỏng chảy theo bề mặt đệm và là pha phân tán. Ơû chế độ kéo theo (hay chế độ sủi bọt thì pha lỏng chiếm toàn bộ thể tích tư ï do và như vậy pha lỏng là pha liên tục còn pha khí là pha phân tán. Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị 17 Độ giảm áp khi cột khô: Độ giảm áp Pc của dòng khí qua tháp đệm phụ thuộc vào vận tốc khối lư ợng G của khí khi cột khô (không có dòng lỏng chảy ngư ợc chiều). Khi dòng khí chuyển động trong các khoảng trống giư õa các vật đệm tăng dần vận tốc thì độ giảm áp cũng tăng theo, sư ï gia tăng này theo lũy thư øa tư ø 1,8 đến 2 của vận tốc dòng khí:  Pc ~ Gn (Với n = 1,8  2) (1) Nếu chia hai vếphư ơng trình (1) cho chiều cao cột đệm Z và lấy logarit hai vế ta đư ợc: lg Pc/Z = nlgG – lgZ Đây là phư ơng trình đư ờng thẳng có hệ số góc n Độ giảm áp khi cột ướt: Khi có dòng lỏng chảy ngư ợc chiều, các khoảng trống bị thu nhỏ lại và dòng khí di chuyển khó khăn hơn vì một phần thể tích tư ï do bị lư ợng chất lỏng chiếm cư ù. Trong giai đoạn đầu (dư ới điểm A), lư ợng chất lỏng bị giư