Bài giảng Cột chêm

CỘT CHÊM Các yếu tố ảnh hưởng đến độ giảm áp của cột khô? Theo công thức của Zhavoronkov: , N/m2 (3) Với: : đường kính tương đương của vật chêm, m fck = f(Rec): hệ số ma sát Rec = Þ Độ giảm áp của cột khô phụ thuộc vào các yếu tố sau: G – vận tốc khối lượng dòng khí dựa trên một đơn vị diện tích cột, kg/s.m2 Z – chiều cao phần chêm, m e - độ xốp của vật chêm rG – khối lượng riêng của pha khí, kg/m3 a – diện tích bề mặt riêng của vật chêm, m2/m3 m - độ nhớt của dòng khí, kg/ms Ngoài ra còn có yếu tố hình dạng của vật chêm, sự xắp xếp các vật chêm, Tháp chêm được ứng dụng trong những lĩnh vực nào? Ưu và nhược điểm của chúng? Ưu điểm Nhược điểm Phạm vi ứng dụng - Cấu tạo khá đơn giản. - Trở lực thấp. - Làm việc được với chất lỏng bẩn nếu dùng đệm cầu có r » r của chất lỏng. - Do có hiệu ứng thành ® hiệu suất truyền khối thấp. - Độ ổn định không cao, khó vận hành. - Do có hiệu ứng thành ® khi tăng năng suất thì hiệu ứng thành tăng ® khó tăng năng suất. - Không nên dùng khi đường kính thiết bị quá lớn. - Dùng trong hầu hết các lĩnh vực: hấp thụ, chưng cất, trích ly lỏng lỏng,.. Có mấy loại vật chêm ? Chúng được chế tạo được từ vật liệu gì? Vật chêm là những vật rắn trơ có hình dạng khác nhau: trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo,.. Vật chêm có thể làm từ nhiều vật liệu khác nhau: gỗ, nhựa, kim loại, gốm sứ, thậm chí đá sỏi,.. * Phổ biến nhất là một số loại vật chêm sau: Vòng Raschig: sứ hoặc kim loại, nhựa. Vật chêm hình yên ngựa: sứ Vật chêm vòng xoắn Kích thước vật chêm cần thỏa mãn những điều kiện gì? Tại sao? Kích thước của vật chêm cần phải thỏa mãn những điều kiện sau: Diện tích bề mặt riêng lớn Þ bề mặt tiếp xúc pha lớn. Độ rỗng (hay thể tích tự do) lớn Þ giảm trở lực cho pha khí. Đường kính vật chêm phải thỏa mãn điều kiện: . Tốt nhất là Þ giảm hiệu ứng thành. Hiệu ứng thành là hiên tượng chất lỏng có xu hướng chảy từ tâm ra thành TB, nên khó phân phối đều chất lỏng theo chiều cao tháp Þ ¯ tiếp xúc 2 pha Þ ¯ hiệu suất truyền khối. Hiệu ứng thành thiết bị càng lớn khi đường kính thiết bị càng lớn. Lựa chọn vật chêm cần phải thỏa mãn những điều kiện gì? Đủ độ bền cơ học để có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí. Có tính chịu ăn mòn cao. Thấm ướt tốt chất lỏng. Trở lực thuỷ lực nhỏ, thể tích tự do lớn và diện tích bề mặt riêng lớn. Khối lượng riêng nhỏ (để làm việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có klr nhỏ). Phân phối đều chất lỏng. Rẻ tiền, dễ kiếm, ổn định. Không tác dụng với dòng khí, với dung dịch, không tương tác hóa học với môi trường. Ít độc hại với người. Cần đạt yêu cầu về giảm hiệu ứng thành thiết bị. Tại sao vòng Raschig thường có đường kính bằng chiều cao? Vì khi h = d thì trong 1m3 thể tích sẽ chứa được nhiều phần tử đệm nhất Þ bề mặt tiếp xúc pha lớn. Ưu và nhược điểm của vật chêm bằng sứ? Ưu và nhược điểm của vật chêm bằng sứ (so với thép): Ưu điểm: Có bề mặt riêng lớn hơn. Cột hoạt động trong vùng dưới điểm gia trọng. Rẻ tiền, dễ kiếm. Bền với môi trường, không hấp thu dung môi. Nhược điểm: Độ rỗng nhỏ. Khối lượng riêng xốp lớn. Trở lực lớn, chiếm nhiều thể tích, ma sát lớn với dòng khí. Trong thí nghiệm các số liệu đo được cũng như lưu lượng các dòng có ổn định không? Tại sao? Trong thí nghiệm này các số liệu đo không ổn định vì bơm và quạt cung cấp lưu lượng dòng lỏng và dòng khí không ổn định. Trong thí nghiệm có mấy điểm cần lưu ý? Điểm nào quan trọng nhất? Các điểm cần lưu ý: Trong quá trình đo độ giảm áp của cột ướt, cần canh giữ mức lỏng ở đáy cột ổn định ở ¾ chiều cao đáy bằng các điều chỉnh van 4. Nếu cần, tăng cường van 2 để nước trong cột thoát về bình chứa (van 2 dùng để xả nhanh khi giảm lưu lượng khí). Khi tắt máy phải tắt bơm lỏng BL trước, mở tối đa van 4 trước sau đó tắt quạt BX. Nếu sơ suất để nước tràn vào ống dẫn khí thì mở van xả nước ở phía trên bảng. Trong các chú ý trên, chú ý thứ 1 quan trọng nhất vì sẽ ảnh hưởng rất lớn đến kết quả thí nghiệm. Tại sao phải duy trì mực lỏng ở ¾ đáy cột? * Phần chất lỏng ở đáy cột để giới hạn không gian của chất khí vào trong ống. Nếu thể tích của chất lỏng ít, có nghĩa là thể tích của chất khí nhiều, khi đó chất khí vào nhiều hơn , áp lực của nó lớn hơn sẽ đẩy mạnh vào chất lỏng ở trên chảy xuống làm nó chảy ngược trở lại. Thí nghiệm lúc này không còn chính xác nữa. Nếu mực chất lỏng cao thì không khí ít. Nếu không khí quá ít sẽ không thắng được trở lực của nước để len lỏi lên trên được. Do đó mà mức chất lỏng giữ ở mức ¾ đáy cột là hợp lý. * Nếu khí vào ít thì giãn nở ít, nên ít sai số. * Nếu cột chất lỏng ở dưới ngắn quá thì khi nước vào nhiều sẽ không đủ để chứa. Có mấy loại quạt? Kể tên? Quạt trong bài này là quạt gì? Cao áp hay thường? Có hai loại quạt thường được sử dụng trong công nghiệp đó là: quạt ly tâm và quạt hướng trục. Phân loại Đặc điểm Quạt ly tâm Theo áp lực -Quạt làm việc ở áp suất thấp (H < 100mmH2O) -Áp suất trung bình (H=100¸400 mmH2O) -Áp suất cao (H > 400mmH2O) Tạo được áp lực dòng khí lớn. Theo hệ số cao tốc -Quạt cao tốc (ns >1500vòng/phút) -Quạt vận tốc trung bình (ns= 800¸1400 v/ph) -Quạt vận tốc chậm(ns < 800v/ph) Theo mục đích sử dụng Quạt khói lò; quạt không khí nóng, lạnh; quạt hút bụi Quạt hướng trục Quạt thông gió trong các xí nghiệp, các đường hầm, các lò tunen Tạo áp lực nhỏ.Ứng dụng để chuyển một thể tích khí tương đối lớn trong trường hợp áp suất nhỏ. Trong bài thí nghiệm là quạt ly tâm (quạt cao áp). Sử dụng để tăng áp suất khí và điều hoà dòng lưu lượng khí. Tại sao phải nghiên cứu đồ thị của tháp chêm từ điểm gia trọng đến điểm lụt? Phải nghiên cứu đồ thị của tháp chêm từ điểm gia trọng cho đến điểm lụt vì: bắt đầu từ điểm gia trọng nếu tiếp tục tăng vận tốc khí thì ảnh hưởng hỗ tương giữa dòng lỏng và dòng khí rất lớn, DPc tăng mau chóng không theo phương trình : DPck = aGn. Khi đó, nếu tăng vận tốc khí lên nữa thì tháp sẽ chuyển sang làm việc ở chế độ cuốn theo Þ chất lỏng bi cuốn ngược trở ra theo dòng khí. Vì thế, ta phải nghiên cứu đồ thị để giới hạn điểm làm việc nằm trong khoảng điểm gia trọng và điểm lụt. Để an toàn, có thể giới hạn điểm làm việc dưới điểm gia trọng, nhưng không được nhỏ quá, vì khi đó hiệu suất quá trình sẽ thấp. Công thức tính vận tốc làm việc tối ưu trong tháp chêm? Tốc độ sặc: Vận tốc tối ưu của tháp chêm: wk = (0,8 ¸ 0,85)ws Công thức tính hệ số trở lực do ma sát trong tháp chêm ở các chế độ chảy (Re) khác nhau? Khi 50 < Rec < 7000: Khi Rec < 50: Công thức tổng quát tính tổn thất áp suất trong tháp chêm? Giải thích các thừa số trong công thức và mức độ ảnh hưởng của chúng đến độ giảm áp? * Đối với cột khô: f = fck * Đối với cột ướt: f= fcư = s fck s - hệ số phụ thuộc vào mức độ xối tưới của dòng lỏng L, kg/m2.s s = 10WL Giá trị s tùy thuộc vào loại, kích thước, cách thức sắp xếp vật chêm và độ lớn của lưu lượng lỏng L. § Mức độ ảnh hưởng: DP ~ f, DP ~ G2, Công thức tính mối quan hệ giữa tỉ số với hệ số xối tưới cho vật chêm bằng sứ và kim loại trong trường hợp d > 30mm (d: đường kính vòng chêm) * Đối với vòng đệm bằng sứ: Khi d > 30mm và A < 0,3: Khi d > 30mm và A > 0,3: * Đối với vòng đệm bằng thép: Tháp chêm làm việc ở chế độ nào là tốt nhất? Thực tế có thể vận hành ở chế độ này hay không? Tại sao? Tháp chêm làm việc tốt nhất ở chế độ nhũ tương. Nhưng thực tế, rất khó để vận hành chế độ này vì: đoạn thẳng biểu diễn chế độ này (BC, hình 1) rất dốc, chênh lệch vận tốc khí rất nhỏ Þ chỉ cần sơ sẩy một chút là cột chêm đã chuyển sang làm việc ở chế độ cuốn theo Þ chất lỏng bi cuốn ngược trở ra theo dòng khí.