Phúc trình thí nghiệm quá trình thiết bị bài cột CHÊM

TRÍCH YẾU

Mục đích thí nghiệm

Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động của cột chêm bằng cách xác định:

1) Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí và lỏng lên tổn thất áp suất (độ giảm áp) khi đi qua cột.

2) Sự biến đổi của hệ số ma sát cột khô fck theo chuẩn số Reynolds (Re) của dòng khí và suy ra các hệ thức thực nghiệm.

3) Sự biến đổi của thừa số liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí qua cột khô và qua cột ướt theo vận tốc dòng lỏng.

4) Giản đồ giới hạn khả năng hoạt động của cột (giản đồ ngập lụt và gia trọng).

Kết quả thí nghiệm

Thí nghiệm quá trình thiết bị CỘT CHÊM

LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM

Độ giảm áp của dòng khí

Độ giảm áp P ck của dòng khí qua cột phụ thuộc vào vận tốc khối lượng G của dòng khí trong cột khô, không có dòng chảy ngược chiều Khi khí di chuyển qua các khoảng trống giữa các vật chêm, vận tốc tăng lên sẽ dẫn đến sự gia tăng độ giảm áp Mức độ gia tăng này theo lũy thừa từ 1,8 đến 2,0 của vận tốc dòng khí.

Khi dòng lỏng chảy ngược chiều, khoảng trống giữa các vật chêm bị thu hẹp, khiến dòng khí di chuyển khó khăn hơn do thể tích tự do bị chiếm dụng Khi vận tốc dòng khí tăng, ảnh hưởng cản trở của dòng lỏng cũng tăng cho đến khi đạt trị số tới hạn, tại đó độ giảm áp của dòng khí tăng mạnh Trị số này được gọi là điểm gia trọng Nếu vận tốc khí vượt qua trị số tới hạn, ảnh hưởng cản trở giữa dòng lỏng và khí rất lớn, dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng của P c, không còn tuân theo phương trình (1) Lúc này, dòng lỏng cũng gặp khó khăn khi chảy xuống, tạo cột ở điểm lụt Đường biểu diễn log( P c /Z) cho thấy độ giảm áp suất của dòng khí qua một đơn vị chiều cao của phần chêm trong cột, như được minh họa trong hình 1.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

Hình 1: Ảnh hưởng của G và L đối với độ giảm áp của cột P c

Điểm lụt của cột chêm

Khi cột chêm bị ngập lụt, chất lỏng lấp đầy toàn bộ khoảng trống, gây ra sự xáo trộn mạnh mẽ trong dòng chảy, điều này ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của cột chêm.

Gọi giá trị của GL tương ứng với trạng thái này gọi là GL*

Hình 2: Giản đồ lụt của cột chêm

DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Thiết bị thí nghiệm

Thiết bị thí nghiệm gồm có:

1) Cột thủy tinh, bên trong là các vòng sứ Raschig xếp chêm ngẫu nhiên.

2) Hệ thống cấp khí gồm:

Quạt thổi khí BK. Ống dẫn khí. Áp kế sai biệt chữ U.

Lưu lượng kế khí F có độ chia từ 0 đến 100%.

3) Hệ thống cấp nước gồm:

Thùng chứa nước bằng thép không rỉ N.

Lưu lượng kế lỏng Fl có độ chia từ 0 đến 2,0.

Cột thủy tinh: Đường kính d = 0,09 m.

Vật chêm xếp ngẫu nhiên, vòng Raschig đường kính 12,7 mm, bề mặt riêng a = 370 - 380 m 2 /m 3 , độ xốp = 0,586. Đường kính ống thép ở đáy cột D = 0,09 m

Hình 3: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm cột chêm

Các chi tiết trong sơ đồ thí nghiệm:

FK: Lưu lượng kế khí, V = 0,286 m3/phút. g: Ống định mức chất lỏng ở đáy cột.

FL: Lưu lượng kế lỏng, GL = 5,805 lít/phút.

BK: Quạt có công suất 1,0 Hp.

BL: Bơm có công suất 0,5 Hp.

K: Công tắc quạt AK: Áp kế.

Phương pháp thí nghiệm

1) Khóa lại tất cả các van lỏng (từ 1 đến 4).

2) Mở van 5 và khóa van 6.

3) Bật công tắc quạt cho quạt chạy trong 5 phút để thổi hết ẩm trong cột Tắt quạt, nghỉ 5-

4) Mở van 1 và 3 Sau đó bật công tắc bơm cho bơm chạy.

5) Chỉnh mức lỏng ở đáy cột ngang bằng với ống định mức g Tắt bơm và khóa van 3.

6) Đo độ giảm áp của cột khô: a Khóa tất cả các van lỏng lại Mở van 6 còn 5 vẫn đóng Cho quạt chạy rồi từ từ mở van 5 để chỉnh lưu lượng khí vào cột. b Ứng với mỗi giá trị lưu lượng khí đã chọn ta đọc Pck trên áp kế U theo mmH 2 O Đo xong tắt quạt, nghỉ 5-10 phút.

7) Đo độ giảm áp khi cột ướt: a Mở quạt và điều chỉnh lưu lượng khí qua cột. b Mở van 1 và cho bơm chạy Dùng van V L tại lưu lượng kế để chỉnh lưu lượng lỏng (lưu lượng kế lỏng có vạch chia 0,1; 0,2; ; 1,6) Nếu VL đã mở tối đa mà phao vẫn không lên thì dùng van 1 để tăng lượng lỏng. c Ứng với lưu lượng lỏng đã chọn (ví dụ: 0,1; 0,2; ) cố định, ta chỉnh lưu lượng khí và đọc độ giảm áp Pck giống như Pck trước đó Chú ý là tăng lượng khí đến điểm lụt thì thôi.

1) Trong quá trình đo độ giảm áp của cột ướt, sinh viên cần canh giữ mức lỏng ở đáy cột luụn ổn định ở ắ chiều cao đỏy bằng cỏch chỉnh van 2 Nếu cần, tăng cường van 4 để nước trong cột thoát về bình chứa (van 4 dùng để xả nhanh khi giảm lưu lượng khí).

2) Khi tắt máy phải tắt bơm lỏng BL trước, mở tối đa van 4 sau đó tắt quạt BK.

3) Nếu sơ suất để nước tràn vào ống dẫn khí thì mở van xả nước ở phía bảng.

4) Không cho quạt chạy quá 5 phút, chạy xong phải nghỉ 5- 10 phút cho quạt nguội.

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Bảng 2 Các trị số kết quả khi cột khô

G% G, D P ck , D P ck , D P ck /Z, fck Re ck logG log(DP ck /Z) log(fck) kg/s.m 2 mmH 2 O N/m 2 (N/m 2 )/m

Thí nghiệm quá trình thiết bị CỘT CHÊM Đồ thị:

Bảng 3 Các trị số kết quả khi cột ướt

(N/m 2 )/ s Re cư f cư logG (DPcư/Z logf cư

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đồ thị

Rec logfcư theo Rec tại L=0.2

(N/m 2 )/ s Re cư f cư logG ( D P cư /Z logf cư

Thí nghiệm quá trình thiết bị CỘT CHÊM logfcư theo Rec tại L=0.4

D P cư , D P cư /Z, log kg/s.m mmH 2 s Re cư f cư logG ( D P cư /Z logf cư

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đồ thị: logfcư theo Rec tại L=0.8

G G, D P cư , D P cư , D P cư /Z, s Re cư f cư logG log logf cư

G G, DP cư , DP cư , DP cư /Z, s Re cư f cư logG log logf cư

Thí nghiệm quá trình thiết bị CỘT CHÊM Đồ thị

G G, DP cư , DP cư , DP cư /Z, s Re cư f cư logG log logf cư

G G, D P cư , D P cư , D P cư /Z, s Re cư f cư logG l og logf cư

Thí nghiệm quá trình thiết bị CỘT CHÊM Đồ thị logfcư theo Rec tại L=1.6

G G, D P cư , D P cư , D P cư /Z, s Re cư f cư logG l og logf cư

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com logfcư theo Rec tại L=1.8

Thí nghiệm quá trình thiết bị CỘT CHÊM Đồ thị

Giản đồ lụt của cột chêm

Bảng 5 Kết quả hệ thức thực nghiệm

Mối liên hệ Kết quả thực nghiệm

Công thức tính áp suất chênh lệch ΔP/Z theo G và G% trong cột khô và cột ướt được thể hiện qua các phương trình như sau: đối với cột khô, y = 16.506x - 297.37; đối với cột ướt L = 0,2 GPM, y = 0,2 GPMP/Z theo G%, y = 0.2386x 2 - 3.0548x + 64.846 Ngoài ra, các phương trình tính áp suất chênh lệch ΔP/Z theo G% trong cột ướt L = 0,2 GPM với các giá trị khác nhau của GPM cũng được cung cấp Đồng thời, các phương trình tính logF cư theo Re c và logFcư theo Recư L cũng được thể hiện qua các giá trị khác nhau của GPM Cuối cùng, các phương trình tính σ theo L tại các giá trị khác nhau của G cũng được cung cấp, giúp người dùng có thể tính toán và phân tích các thông số kỹ thuật một cách chính xác.

BÀN LUẬN

1) Nhận xét kết quả thí nghiệm thô

Dựa vào bảng số liệu, có thể thấy rằng khi lưu lượng khí tăng, độ giảm áp cũng tăng theo Đặc biệt, khi lưu lượng lỏng tăng, độ giảm áp tăng nhanh chóng và đáng kể hơn.

Ở lưu lượng lỏng ban đầu là L=0; L=0.2; L=0.4, mặc dù tăng lưu lượng khí lên tối đa, hiện tượng ngập lụt vẫn chưa xảy ra do lượng lỏng chiếm tỷ lệ nhỏ trong hỗn hợp Điều này cho thấy rằng, ở những lưu lượng lỏng thấp, việc tăng lưu lượng khí không đủ để gây ra hiện tượng ngập lụt.

Khi lưu lượng lỏng tăng lên L=0,6, hiện tượng ngập lụt bắt đầu xảy ra dễ dàng, với điểm ngập lụt đầu tiên ghi nhận ở mức L=0,6 và lưu lượng khí G đạt 90% Giá trị ∆P thu được giảm dần khi tăng lưu lượng lỏng, và khi đạt L=2,0, chỉ còn lại 3 giá trị ∆P Sự gia tăng lưu lượng lỏng dẫn đến việc điểm ngập lụt xuất hiện nhanh hơn khi tăng lưu lượng khí, so với trường hợp lưu lượng không khí và lỏng thấp.

2) Ảnh hưởng của G lên độ giảm áp khi cột khô và khi cột ướt

Khi G tăng trong cột khô, độ giảm áp cũng tăng theo, tạo thành một đường cong gần như là đường trung bình Đặc biệt, khi G ở mức cao, độ giảm áp sẽ tăng mạnh, làm cho đường cong trên đồ thị trở nên dốc hơn Mối quan hệ giữa DP và G là tỉ lệ thuận với G2.

Khi G tăng trong cột ướt, độ giảm áp cũng tăng tương tự như ở cột khô Sự gia tăng lưu lượng lỏng làm cột dễ đạt đến điểm lụt hơn, và độ giảm áp tăng nhanh chóng khi lưu lượng khí còn nhỏ.

3) Mục đích và cách sử dụng giản đồ f theo Re Nhận xét đồ thị:

- Giản đồ f theo Re là giản đồ biểu diễn mối liên hệ giữa hệ số ma sát với lưu lượng lỏng lưu chất.

Khi lưu lượng lỏng tăng, hệ số ma sát cũng tăng theo Trong điều kiện khảo sát của thí nghiệm, cột khô (L=0) cho thấy hệ số ma sát ở mức thấp nhất, trong khi khi L đạt 2,0, hệ số ma sát cao nhất được ghi nhận.

Đường cong mối quan hệ giữa hệ số ma sát logf c và số Reynolds Re cho phép chúng ta suy ra giá trị còn lại khi biết một giá trị cụ thể.

Mục đích của thí nghiệm là xây dựng đồ thị f-Re nhằm tính toán và tối ưu hóa chế độ vận hành, tập trung vào việc cân bằng ba yếu tố chính: lưu lượng lỏng, lưu lượng khí và độ giảm áp.

4) Sự liên hệ giữa các đối tượng khảo sát có theo như dự đoán không? Nếu không giải thích lý do.

∆Pcư/Z và G được chia thành hai vùng rõ rệt: vùng dưới điểm gia trọng và vùng trên điểm gia trọng Trong vùng dưới điểm gia trọng, DP tăng chậm và đều đặn, tạo thành một đường cong ít dốc Ngược lại, vùng trên điểm gia trọng chứng kiến DP tăng nhanh và đột ngột, dẫn đến đường cong trên đồ thị trở nên rất dốc; nếu tiếp tục tăng lưu lượng lỏng và khí, sẽ tiến đến điểm lụt của cột.

Kết quả thu được từ thí nghiệm đôi khi không khớp với dự đoán ban đầu, điều này thường xảy ra do sai số trong quá trình thực hiện thí nghiệm Những sai số này có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau, ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả.

Lưu lượng dòng lỏng và khí thường không ổn định do ảnh hưởng của thiết bị bơm và quạt Ngoài ra, sai số cũng có thể phát sinh từ các thao tác trong quá trình thí nghiệm và khi đọc kết quả.

Cột nước duy trì ở đáy cột không đảm bảo yêu cầu làm cho nước xâm nhập vào ống đo độ chênh áp làm ảnh hưởng đến kết quả.

Ma sát giữa dòng khí tốc độ lớn và ống dẫn gây nóng ống, dẫn đến tăng thể tích khí và áp suất, đồng thời ảnh hưởng đến độ chênh áp.

Tiêu đề	Phúc Trình Thí Nghiệm Quá Trình & Thiết Bị Bài: Cột Chêm
Tác giả	Phạm Ngọc Thảo
Người hướng dẫn	Cô Nguyễn Thị Như Ngọc
Trường học	Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ thuật Hoá học
Thể loại	phúc trình
Năm xuất bản	2022
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	901,3 KB