Báo cáo thực hành các quá trình và thiết bị truyền khối - Trần Quỳnh Thái Sơn

Nội dung text: Báo cáo thực hành các quá trình và thiết bị truyền khối - Trần Quỳnh Thái Sơn

1. BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM MÁY VÀ THIẾT BỊ  BÁO CÁO THỰC HÀNH CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN KHỐI GVHD: Trần Quỳnh Thái Sơn SVTH: FCC MSSV: 12345678 Nhóm: 1 Lớp HP: Sáng thứ 6 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2010
2. Bài 1: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SẤY 1.1. Mục đích thí nghiệm: Khảo sát quá trình sấy đối lưu vật liệu là giấy lọc trong thiết bị sấy bằng không khí được nung nóng nhằm: -Xác định đường cong sấy W() f  . dW -Xác định đường cong tốc độ sấy f (W). d -Giá trị độ ẩm tới hạn Wk , tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K. 1.2.Cách tiến hành thí nghiệm: -Cân giấy lọc để xác định , sau đó đi làm ẩm các tờ giấy lọc. -Kiểm tra nhiệt độ bầu ướt, nhiệt độ bầu khô ghi lại các giá trị trước khi tiến hành thí nghiệm. -Bật công tắc tổng, bật công tắc quạt, cài đật nhiệt độ, bật công tắt điện trở để gia nhiệt -Tiến hành ghi nhận chỉ số cân, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ướt sau 3 phút. -Tiếp tục ghi nhận đến khi giá trị cân không đổi 3 lần là kết thúc quá trình. 1.3. Kết quả thí nghiệm: G0 0,0624 Bảng 1.1: Kết quả thí nghiệm 1 400 C (mức 3) t (oC) t (0C)  G ư k STT i Điể Điể Điể Điể (ph) (kg) m đầu m cuối m đầu m cuối 0,11 1 0 26 31 32 32 5 0,10 2 3 26,5 31 32 32 8 0,10 3 6 26,5 31 31,9 31,8 2 0,09 4 9 26,3 30,7 31,9 31,8 8 0,09 5 12 26,3 30,7 31,9 31,9 3 6 15 0,09 26,3 30,7 31,9 31,9 0,08 7 18 26,3 30,7 32 32 4 0,08 8 21 26,3 30,7 32 32 4 0,08 9 24 26,3 30,7 32 32 4
3. 500 C (mức 5) t (oC) t (0C)  G ư k STT i Điể Điể Điể Điể (ph) (kg) m đầu m cuối m đầu m cuối 0,11 1 0 26,5 31,6 32 32 2 0,10 2 3 27 31,8 33,9 33,8 7 0,10 3 6 27 32 34 33,9 5 4 9 0,1 27 32 34 33,9 0,09 5 12 27 32,1 34,1 34 7 0,09 6 15 27 32,1 34,1 34 6 0,09 7 18 26,5 32 34,1 33,9 3 8 21 0,09 26,9 32 33,9 33,9 0,08 9 24 26,9 32 34 33,5 8 0,08 10 27 27 32 34 34 3 11 30 0,08 27 32,1 34,2 34 0,07 12 33 27 32,2 34 34 7 0,07 13 36 27 32,2 34 34 7 0,07 14 39 27 32,2 34 34 7 Bảng 1.2: Kết quả thí nghiệm 2 600 C (mức 7) t (oC) t (0C)  G ư k STT i Điể Điể Điể Điể (ph) (kg) m đầu m cuối m đầu m cuối 1 0 0,138 26,5 31 32 31,5 0,130 2 3 27 31,5 35,5 35 6 0,125 3 6 27,5 32,5 36,5 36 2 4 9 0,121 27,1 33 36 35,5 5 12 0,115 27,1 33,1 36 35,5 6 15 0,11 27 33,1 36 35,8
4. 7 18 0,106 27,5 33,1 36,7 36,2 8 21 0,101 27,5 33,6 36,7 36 9 24 0,096 27,5 33,6 36,5 36 10 27 0,092 27,5 33,6 36,3 36 11 30 0,092 27,5 33,6 36,3 36 12 33 0,092 27,5 33,6 36,3 36 1.4. Xử lý kết quả: ♦ Mức 400C: -Độ ẩm của giấy lọc: GG1 0 0,113 0,0624 W1 .100% .100% 84,294872 % G0 0,0624 -% Tốc độ sấy: WW1 2 84,294872 73,076923 N1 0,044516 (% / s ) t2 t 1 (3 0).60 Tương tự ta tính cho các thí nghiệm khác. Ta có bảng kết quả tính toán: Bảng 1.3: Kết quả tính toán ở chế độ 400 C (Mức 3) STT t(s) Wi (%) N1 (% / s ) 1 0 84,294872 2 180 73,076923 0,062322 3 360 63,461538 0,053419 4 540 57,051282 0,035613 5 720 49,038462 0,044516 6 900 44,230769 0,026709 7 1080 34,615385 0,053419 8 1260 34,615385 0 9 1440 34,615385 0 ♦ Mức 500C: Bảng 1.4: Kết quả tính toán ở chế độ 500 C (Mức 5) STT t(s) Wi (%) N1 (% / s ) 1 0 79,4871795 2 180 71,474359 0,044516 3 360 68,2692308 0,017806 4 540 60,2564103 0,044516 5 720 55,4487179 0,026709 6 900 53,8461538 0,008903 7 1080 49,0384615 0,026709 8 1260 44,2307692 0,026709 9 1440 41,025641 0,017806 10 1620 33,0128205 0,044516
5. 11 1800 28,2051282 0,026709 12 1980 23,3974359 0,026709 13 2160 23,3974359 0 14 2340 23,3974359 0 ♦ Mức 600C: Bảng 1.5: Kết quả tính toán ở chế độ 600 C (Mức 7) STT t(s) Wi (%) N1 (% / s ) 1 0 121,153846 2 180 109,294872 0,065883 3 360 100,641026 0,048077 4 540 93,9102564 0,037393 5 720 84,2948718 0,053419 6 900 76,2820513 0,044516 7 1080 69,8717949 0,035613 8 1260 61,8589744 0,044516 9 1440 53,8461538 0,044516 10 1620 47,4358974 0,035613 11 1800 47,4358974 0 12 1980 47,4358974 0 ♦ Bảng kết quả tính toán thông số động học: ♦ Mức 400C: - Độ ẩm cân bằng Wc: Dựa vào đường cong tốc độ sấy, từ điểm tốc độ sấy N=0 ta xác định Wc=34,615385 %. - Độ ẩm tới hạn quy ước Wk: + Thực nghiệm, ta xác định trên đường cong tốc độ sấy khi giai đoạn đẳng tốc kết thúc. W 84,294872 + Lý thuyết: WW 1 34,615385 81,44587%. k1,8 c 1,8 - Nhiệt độ bầu ước trung bình tu : lấy giá trị trung bình cộng nhiệt độ bầu ước 0 đầu. Ta được:tu 26,311111 C - Nhiệt độ bầu khô trung bình tk : lấy giá trị trung bình cộng nhiệt độ bầu khô 0 đầu. Ta được: tk 31,955556 C 0 - Dựa vào nhiệt độ bầu ước tu 26,311111 C tra trên giản đồ Ramzin ta được áp suất Pb 25,2256 mmHg
6. 0 - Dựa vào nhiệt độ bầu khô tk 31,955556 C tra trên giản đồ Ramzin ta được áp suất Ph 22,7922 mmHg - Hệ số trao đổi ẩm m có thể xác định theo công thức thực nghiệm sau: 0,8 0,8 2 m 0,0475.vk 0,0475.8,904 0,27313 (kg/m .h.mmHg) Với vk = 8,904 m/s: vận tốc tác nhân sấy. -Cường độ bay hơi ẩm: 760 760 JPP .( ). 0,27313.(25,2256 22,7922). 0,664622 m m b h B 760 (kg/m2.h) - Tốc độ sấy lý thuyết Nt: Nt 100. J m . f 100.0,664622.2,884615 191,718 (m/h) F 0,2.0,3 Với bề mặt riêng: f 3. 2,884615 (m 3/kg) G0 0,0624 - Tốc độ sấy thực tế: WW 84,294872 34,615385 N 1 2 141,9414 (% / h ) tn t (21/ 60) N 141,9414 - Hệ số sấy: K tn 3,030961 (h 1 ) WWk c 81,44587 34,615385 - Thời gian sấy đẳng tốc: WW 121,153846 114,7436  1 k 0,043478261 (h) 1 N 147,4359 1 WWk c - Thời gian sấy giảm tốc:  2 ln( ) KWW c -Trong đó W là độ ẩm sau cùng của vật liệu sấy (W Wc ) Tương tự ta tính cho mức 500C, 600C, ta được bảng kết quả:
7. Bảng 1.6: Bảng kết quả tính toán thông số động học Thông số 400C 500C 600C Wk(%) 81,44587 67,55698 114,7436 Wc(%) 34,615385 23,3974359 47,4358974 0 tu ( C) 26,311111 26,9142857 27,26666667 0 tk ( C) 31,9555556 33,87857143 35,9 Pb(mmHg) 25,2256 25,2256 26,757 Ph(mmHg) 22,7922 21,819 22,8672 2 m (kg/m .h.m 0,273125 0,273125 0,273125 mHg) 2 Jm(kg/m .h) 0,664622 0,930428 1,062402 Nlt(m/h) 191,718 268,3926 306,462 Ntn(%/h) 141,9414 93,48291 147,4359 K(1/h) 3,030961 2,116935 2,190476  1 (h) 0,020072 0,127619 0,043478  2 (h)  (h) 0,35 0,6 0,5
8. 1.5. Đồ thị: ♦ 400C (Mức 3): W (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20  (ph)
9. N(%/h) 250 200 150 100 50 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -50 W (%) ♦ 500C (Mức 5): W (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45  (ph)
10. N(%/h) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 W (%) ♦ 600C (Mức 7): W (%) 140 120 100 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35  (ph)
11. N(%/h) 250 200 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 -50 W (%) 1.6. Bàn luận: 1.6.1. Nhận xét các đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy. Giải thích. - Khi sấy lượng ẩm sẽ bốc hơi và giảm dần theo thời gian → tốc độ sấy cũng biến đổi theo độ ẩm của vật liệu. - Đường cong sấy giảm dần theo thời gian, tăng thì nhiệt độ ẩm sẽ nên trên đường cong sấy ta thấy nếu tăng nhiệt độ thì thời gian sẽ được rút ngắn. - Đường cong tốc độ sấy có dạng phù hợp với lý thuyết. 1.6.2. Ở chế độ sấy khác nhau thì thời gian sấy thay đổi như thế nào? Giải thích. - Thời gian sấy ở các công đoạn sấy khác nhau thì khác nhau, khi thời gian sấy càng tăng thì độ ẩm càng giảm cũng như nhiệt độ sấy cũng làm thời gian sấy giảm theo. 1.6.3. Cho biết một số ứng dụng của quá trình sấy trong thực tế. - Quá trình sấy được sử dụng trong công nghệ hóa học và thực phẩm. - Trong hóa học, dùng để sấy các lượng ẩm trong các chất hóa học. - Trong thực phẩm dùng để sấy khô các loại vật liệu, sấy thực phẩm, ngũ cốc, hoa quả. - Trong sinh hoạt, dùng để sấy khô quần áo ướt, sấy các vật liệu, đồ dùng ẩm. - Trong công nghệ vi sinh, sấy các vi khuẩn, mô, tế bào động thực vật.
12. - Tuy nhiên quá trình sấy là quá trình không ổn định, độ ẩm thay đổi theo thời gian và không gian sấy, nên ta phải biết vận dụng sấy đúng lúc và đúng cách để đem lại hiệu quả sấy cao hơn. 1.6.4. Nêu các sự cố có thể gặp trong quá trình vận hành và phương pháp khắc phục. - Trong quá trình sấy vật liệu, trước khi dùng để sấy (tẩm ướt) không phải là vật liệu khô tuyệt đối. Nên phải tính toán, bù trừ sự hao giảm sai số. Trong quá trình tính toán, trong quá trình tra đồ thị rất dễ bị sai số. Thay vì ta tra trên đồ thị nên áp dụng các công thức để tính toán. Bài 2: TĨNH HỌC QUÁ TRÌNH SẤY 2.1. Mục Đích Thí Nghiệm: -Khảo sát sự biến đổi thông số không khí ẩm và vật liệu sấy của quá trình sấy lí thuyết -Xác định lượng không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy lý thuyết. -So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và sấy lý thuyết. 2.2. Quá Trình tiến Hành Thí Nghiệm: -Bậc công tắc tổng -Đem cân vật liệu để xác định -Làm ẩm các tờ vật liệu -Ghi nhiệt độ bầu khô và bầu ướt ban đầu
13. -Bật quạt để máy khô trong vài phút -Làm ẩm các tờ vật liệu -Đem cân và ghi lại giá trị của cân -Cài đặt điện trở -Sau thời gian 15 phút ghi các số liệu cần thiết cho việc tính toán -Quá trình dừng lại khi khôi lượng vật liệu đã ổn định. 2.3. Kết quả thí nghiệm: G0 100 (g) Bảng 2.1: Kết quả thí nghiệm. stt Điện Quạt Điểm 0 Điểm 1 Điểm 2 trở m/s 1 1 3 6 34 26 35,3 26 30,5 28,5 151,2 4,44 63 2 5 6 34 26 36,5 26 35 28 156 149 3,75 3 7 6 34 26 39 26 38 29 154,2 145,6 3,77 4 5 4 34 26 40 27 39,5 30 145,6 135,6 2,33 5 5 8 34 26 39 26 38,5 30 135,6 135 4,38 2.4. Xử lý kết quả: -Từ tk , tu H, Y (giản đồ không khí ẩm) Bảng 2.2: Kết quả tra số liệu. Điểm 0 Điểm 1 Điểm 2 STT Y H Y H Y H (kg/kg) (kj/kg) (kg/kg) (kj/kg) (kg/kg) (kj/kg) 1 0,01803798 80,41615 0,017488 80,3542 0,017487 92,2964 2 0,01803798 80,41615 0,016981 80,2969 0,016981 89,6166 3 0,01803798 80,41615 0,015927 80,1772 0,015927 94,3992 4 0,01803798 80,41615 0,017260 84,6407 0,017259 99,4813
14. 5 0,01803798 80,41615 0,015928 80,1772 0,015927 99,5371 -Tính xd , xc . GGd 0 163 100 xd 0,386503 Gd 163 GGc 0 151,2 100 xc 0,338624 Gc 151,2 -Tính X d , X c : xd X d 1 xd xc X c 1 xc -Tính lượng ẩm bay hơi ra khỏi vật liệu: xd x c x d x c W GGc d 1 xd 1 x c 0,386503-0,338624 W 151,2. 0,0118 1 0,386503 -Tính lượng không khí khô cần sử dụng cho quá trình sấy lý thuyết: W 0,0118 L 1,783530 LT 0,02410398 0,01748789 YY2 1 -Tính năng lượng cung cấp cho quá trình sấy lý thuyết: QLHHLT LT (2 0 ) 1,783530.(92,29647 80,41615) 21,18892 (kJ) *Quá trình sấy thực tế: -4 Qv = F  = 40.35.10 .4,44 = 0,6216 Qm = Qv = 1,2.0,6216= 0,74592 -3 Lth = t Qm = 15.60.0,74592.10 = 0,671328 Qth = Lth ( H2 – H0 ) = 0,6713280,567(92,29647 – 80,41615) = 7,983575
15. Tính tương tự cho các trường hợp còn lại. Ta có bảng sau: Bảng 2.3: Tính cân bằng vật chất và năng lượng. W Lý thuyết Thực tế STT X d X c (kg/kg) (kg/kg) (kg) Llt (kg) Qlt (kj) Lth (kg) Qth (kj) 1 0,63 0,512 0,0118 1,78353076 21,18892 0,672 7,983575 2 0,56 0,49 0,007 1,65178097 15,19716 0,567 5,216666 3 0,542 0,456 0,0086 1,4495856 20,26963 0,5712 7,987118 4 0,456 0,356 0,01 1,67611717 31,95553 0,3528 6,726206 5 0,356 0,35 0,0006 0,07765181 1,484783 0,6636 12,688715 2.5. Đồ thị: * Đồ thị so sánh lượng không khí sử dụng của quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế:
16. W (kg) 0,014 0,012 0,01 0,008 Chuỗi1 0,006 Chuỗi2 0,004 0,002 0 0 0,5 1 1,5 L (kg) 2 chuỗi 1: Sấy lý thuyết chuỗi 2: Sấy thực tế * Đồ thị so sánh nhiệt lượng cung cấp của quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế: Q (kJ) 35 30 25 20 Chuỗi1 15 Chuỗi2 10 5 0 0 0,5 1 1,5 L (kg) 2 chuỗi 1: Sấy lý thuyết chuỗi 2: Sấy thực tế 2.6. Bàn luận 2.6.1. So sánh biến đổi lượng không khí khô sử dụng của quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế.
17. - Sự biến đổi lượng không khí khô sử dụng trong quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế tỷ lệ với nhau. - Nhưng trong thực tế, lượng không khí khô được sử dụng là lớn hơn so với lý thuyết. 2.6.2. Đánh giá sự khác nhau giữa nhiệt lượng cần gia nhiệt của quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế. - Nhiệt lượng cần gia nhiệt của quá trình sấy thực tế lớn hơn so với sấy lý thuyết vì trong sấy thực tế cần có thêm một phần nhiệt lượng bổ sung, còn trong sấy lý thuyết thì nhiệt bổ sung bằng nhiệt tổn thất. 2.6.3. Đánh giá sự khác nhau về hàm nhiệt của không khí sau khi ra khỏi thiết bị của quá trình sấy lý thuyết và thực tế. Giải thích? - Khi sấy lý thuyết nhiệt lượng riêng của không khí không đổi trong suốt quá trình .??? (đẳng áp), nói cách khác trong quá trình sấy lý thuyết một phần nhiệt lượng của không khí có bị mất đi cũng chỉ làm bốc hơi nước, trong đó H không đổi. 2.6.4. Nêu các nguyên nhân tạo nên sự khác biệt giữa quá trình sấy lý thuyết và thực tế. Các nguyên nhân gây ra sự khác biệt giữa quá trình sấy lý thuyết và thực tế: khi sấy lý thuyết nhiệt lượng bổ sung = nhiệt lượng tổn thất = 0, ∆ = 0. Trong thực tế, nhiệt lượng bổ sung khác với nhiệt tổn thất, ∆ = 0 Bài 3: KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ CỘT CHÊM 3.1. Mục Đích Thí Nghiệm:
18. Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động của tháp đệm bằng cách xác định: - Ảnh hưởng của vận tốc khí và lỏng lên độ giảm áp suất của dòng khí qua cột. - Sự biến đổi của hệ số ma sát trong cột theo chuẩn số Reynolds của dòng khí và suy ra các hệ thức thực nghiệm. - Sự biến đổi của thừa số liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí khi cột khô và khi cột ướt với vận tốc dòng lỏng. 3.2. Quá Trình Tiến Hành Thí Nghiệm: - Đầu tiên đóng tất cả các van, và mở van khí để thổi sạch lượng nước còn lại trong tháp đệm. - Mở bươm lỏng và mở van lỏng để cho nước vào tháp với lượng cho phép khi quan sát ống chỉ mực chất lỏng. - Bậc lại bươm khí, mở từ từ van khí 2 và đóng từ từ van khí 1 để tăng lượng khí vào tháp nhằm thổi hết lượng nước còn đọng lại trong các vật chiêm. - Sau khoảng thời gian 5 phút, mở van khí 1 và đóng van khí 2 để làm thí nghiệm cột khô. 3.3. Kết Quả Thí Nghiệm: Bảng3.1: Kết Quả Thí nghiệm Cột Khô Stt G(l/ph) 1 1 ( ) 16,7 ( 2 1,5 48 3 2 95,1 4 2,5 161,8 5 3 220,6 6 4 395,2 Bảng 3.2: Kết Quả Thí Nghiệm Cột Ướt 100 150 200 250 300 m3 STT G() pcu () Pa h 1 1 19,6 18,6 19,6 20,6 19,6 2 1,5 48 52 49 48 42,2 3 2 95,1 95,1 99 87,3 86,3 3 2,5 171,6 155,9 155,9 155,9 154,9 5 3 222,6 222,6 213,8 217,7 218,7 6 4 388,3 401,1 384,4 399,1 tràn
19. 3.4. Xử lí số liệu: -Chuyển lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng: Dựa vào công thức: Và ta chỉ việc tính: -Cách tính Reynol : Re , với a là diện tích bề mặt riêng của vật đệm bằng 360 có giá trị 18,37. lấy ở 25 -Tính nếu Re , Bảng 3.3. Kết quả tính toán cột khô : G stt logG log (kg/s.m2) (Pa/m) 1 0,0714 -1,1463 10,4375 1,0185 43,1863 3,24 2 0,1071 -0,9702 30 1,4771 64,779 1,56 3 0,1429 -0,8449 59,4375 1,7740 86,3727 1,55 4 0,1786 -0,7481 101,125 2,0048 108,026 1,48 5 0,2143 -0,6689 137,875 2,1394 129,619 1,43 6 0,2858 -0,5439 274 2,3926 172,866 1,35 Bảng 3.4. Kết quả tính toán log cho cột ướt. 100 150 200 250 300 stt logG log 1 1,1463 1,0881 1,0653 1,0881 1,1097 1,0881 2 0,9702 1,4771 1,5118 1,4860 1,4771 1,4211 3 0,8449 1,7740 1,7740 1,7915 1,7368 1,7318 4 0,7481 2,0303 1,9887 1,9887 1,9887 1,9859 5 0,6689 2,1434 2,1434 2,1258 2,1337 2,1357 6 0,5439 2,3850 2,3991 2,3806 2,3969
20. 3.5. Đồ thị: 3 log( PZ / ) 2,5 Chuỗi1 2 Chuỗi2 Chuỗi3 1,5 Chuỗi4 Chuỗi5 1 Chuỗi6 0,5 0 -1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 logG 3.6. Bàn luận: 3.6.1. Ảnh hưởng của dòng khí và dòng lỏng lên độ giảm áp của cột. Giải thích? - 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 dòng khí. n ∆l0 ≈ G (n = 1,8 ÷ 2) - Khi có dòng lỏng chảy ngược chiều khoảng trống nhỏ lại, dòng khí chuyển động khó khăn hơn. Lúc đầu độ giảm áp của pha khí tăng nhanh. Nếu tiếp tục tăng tốc độ pha khí, giữ nguyên lưu lượng dòng lỏng thì độ giảm áp của pha khí tăng rất nhanh. 3.6.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ giảm áp khi cột khô và cột ướt. - Đối với cột khô: - Vận tốc của dòng khí ảnh hưởng tới độ gảm áp. - Chiều cao vật chêm, kích thước đặc trưng của vật chêm, đường kính tương đương. - Đối với cột ướt - Lưu lượng dòng khí. - Chế độ dòng chảy. - Lưu lượng dòng chảy. 3.6.4. Mục đích và cách sử dụng giản đồ f theo Re. - Khảo sát sự biến đổi hệ số ma sát fcư theo chuẩn số Re của dòng khí đi vào ta có thể suy ra các hệ số thực nghiệm. 3.6.5. Nêu một vài ứng dụng của mô hình trong thực tế. Một số ứng dụng của mô hình trong thực tế: như sử dụng trong hóa học, thực phẩm, hấp thụ CO2, NH3, hơi Benzen tách hỗn hợp nhiều cấu tử như trong sản xuất Ure, tổng hợp H2SO4, NH3.
21. Bài 5: CHƯNG GIÁN ĐOẠN KHÔNG HOÀN LƯU 5.1. Mục Đích Thí Nghiệm:
22. - Quá trình chưng gián đoạn không hoàn lưu nhằm khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số sau: - Hiệu suất tháp chưng khi tiến hành không hồi lưu - Sự biến đổi nồng độ sản phẩm đỉnh theo thời gian chưng cất. 5.2. Quá Trình Tiến Hành Thí Nghiệm: - Tháo hết sản phẩm đáy ở nồi đun và đo độ rượu bằng phù kế - Lấy cồn pha với sản phẩm đáy thành rượu có độ rượu từ 20 - Đo lại độ rượu để chuẩn bị nhập liệu, ghi độ rượu. - Đổ 5 rượu vừa pha vào bình nhập liệu. - Đóng khoảng ¾ van hoàn lưu của bơm nhập liệu. - Mở công tắc gia nhiệt nồi đun, chờ nồi đun sôi, quan sát trên thiết bị ngưng tụ có vài giọt ta mở van nước để cho thiết bị thực hiện ngưng tụ. - Sau 15 giây phút ta tiến hành ghi nhiệt độ được hiển thị trên bộ điều khiển, đo lượng sản phẩm đỉnh, đo nồng độ sản phẩm đỉnh bằng cách dung phù kế. - Dừng thí nghiệm 5.3. Kết Quả Thí Nghiệm: Bảng 5.1. Kết quả thí nghiệm nồng độ và năng suất: stt P(mB) G 1 15 28 5 10 92 0,15 250 2 30 12 91,5 0,17 250 3 45 14 86,5 0,245 250 4 60 16 81 0,38 250 5 75 18 73 0,37 250 6 90 20 62,5 0,28 250 Bảng 5.2. Kết quả thí nghiệm nhiệt độ: stt T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 1 86,5 84,1 77,8 77,3 77,7 27,3 29 29,2 2 87,3 85,3 79,9 78,7 78,6 27,5 29 29,3 3 88,5 86,7 83 82,1 81,2 27,9 29 29,3 4 90,5 89,5 86,2 86,3 85,6 28,1 29 29,8 5 93,2 92,4 89,2 89,4 88,9 28,1 29 30,7 6 96,2 95,3 92,6 92,2 91,2 28 29 29,5 5.4. Xử lí số liệu: Cách tính : Ta có; Rượu 28 tra được khối lượng riêng là 950,98 ( kg/ ) Khối lượng rượu nguyên chất: Khối lượng hỗn hợp :
23.   Cách tính nồng độ sp đỉnh: Ta tính , ta có : rượu 92 , tra khối lượng riêng ta có : 803,84 và 92  Tương tự cho các sản phẩm đỉnh khác.  Cách tính sản phẩm đáy: Ta có Ta có; F=4,7549, D=0,12658 W=4,62832 Ta cũng có  Cách tính cân bằng năng lượng: Nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ: Với là nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, tra trang 324 tập 1 sổ tay quá trình thiết bị. Nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào: . Nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra: . Ta thu được kết quả sau: Bảng 5.3. Kết quả tính toán cân bằng vật chất: xF F xD xW D W Ln( F / W ) STT (kg/kg) (kg) (kg/kg) (kg/kg) (kg) (kg) (kg) 1 0,22987 4,7549 0,893 0,2128 0,12 4,63 0,025 2 0,22987 4,7549 0,88 0,192 0,136 4,49 0,055 3 0,22987 4,7549 0,82 0,162 0,200 4,29 0,101 4 0,22987 4,7549 0,75 0,115 0,316 3,98 0,177 5 0,22987 4,7549 0,69 0,067 0,315 3,66 0,260 6 0,22987 4,7549 0,55 0,032 0,245 3,41 0,329 Bảng 5.4. Kết quả tính toán cân bằng năng lượng: G Q Q Q Q Q STT ng F W D k (kg/h) (Kj) (kj) (kj) (kj) (kj) 1 250 99 236,033 1281,584 28,2918 1234,57 2 250 114,24 244,414 1266,085 33,0728 1230,50 3 250 163,4 237,194 1233,91 51,723 1275,62
24. 4 250 256,592 243,293 1185,025 88,357 1354,40 5 250 255,15 230,444 1142,72 92,086 1325,80 6 250 197,255 205,473 1115,343 74,7695 1244,5 5.5. Đồ thi: 5.5.1. Biến đổi lượng nhiệt nồi đun theo độ tinh khiết sản phẩm: x 1 d 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380 Qk 5.5.2. Đồ thị biến đổi số mâm theo độ giảm áp: ln(F / W) 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 5 10 15 20 P 25 5.6. Bàn luận: 5.6.1. Đánh giá sự biến đổi nồng độ sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy theo thời gian.
25. - Dựa vào kết quả thí nghiệm ta thấy theo thời gian thì nồng độ sản phẩm đỉnh tăng dần và đến giá trị cực đại nồng độ lại giảm. - Còn nồng độ của sản phẩm đáy thì luôn giảm dần theo thời gian. 5.6.2. Đánh giá sự biến đổi của hiệu suất làm việc của tháp theo tinh khiết sản phẩm đỉnh. - Hiệu suất làm việc của sản phẩm đỉnh biến đổi theo nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì sản phẩm đỉnh càng nhiều nhưng không tinh khiết, hiệu quả làm việc giảm dần khi vượt quá nhiệt độ và áp suất cho phép dẫn đến hiệu suất sẽ tăng theo độ tinh khiết sau đó sẽ giảm dần. 5.6.3. Đánh giá sự thay đổi nhiệt lượng nồi đun cung cấp theo độ tinh khiết sản phẩm đỉnh. - Sự biến đổi lượng nhiệt nồi đun cung cấp ảnh hưởng rất lớn đến độ tinh khiết của sản phẩm đỉnh. - Nhiệt lượng nồi đun càng lớn thì độ tinh khiết sản phẩm đỉnh càng giảm do ở nhiệt độ cao, các cấu tuer khó bay hơi sẽ bay hơi càng nhiều làm cho sản phẩm đỉnh có lẫn những tạp chất này. 5.6.4. Ứng dụng của quá trình chưng gián đoạn. - Quá trình chưng gián đoạn dùng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau. -Chưng cất làm việc gián đoạn là đoạn cất gián đoạn của tháp làm việc liên tục. Chưng cất gián đoạn không hoàn lưu gồm hai cách: chưng cất gián đoạn sản phẩm đỉnh không đổi và chưng cất gián đoạn với chỉ số hồi lưu không đổi. Bài 8: CHƯNG LIÊN TỤC
26. 8.1. Mục Đích Thí Nghiệm: -Quá trình chưng liên tục nhằm khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số sau: - Lưu lượng dòng nhập liệu - Nhiệt độ dòng nhập liệu - Vị trí nhập liệu - lưu lượng dòng chuyển động trong tháp chưng cất - Chỉ số hồi lưu 8.2. Các Bước Tiến Hành Thí Nghiệm: - Pha rượu với nồng độ khoảng 20 - Bật công tắc điện chính - Mở hệ thống nước giải nhiệt - Mở công tắc tổng - Đặt giá trị lưu lượng dòng nước giải nhiệt trên bộ điều khiển. - Mở van nhập liệu ở vị trí thấp nhất, điều chỉnh lưu lượng bơm nhập liệu với hiệu suất 100 , số vòng quay tối đa, mở bơm nhập liệu vào nồi đun đến lượng cho phép - Mở điện trở nồi đun - Cài đặt độ giảm áp trên máy - Vận hành ở chế độ Reflux hồi lưu hoàn toàn - Sau thời gian ổn định hệ thống, bậc công tắc sang chế độ draw off, đo nồng độ sản phẩm đỉnh - Ghi lại chỉ số hồi lưu và các nhiệt độ cần thiết 8.3. Kết Quả Thí Nghiệm: Bảng 8.1. Kết quả đo nồng độ Mâm stt R G NL 1 25 5 1,75 94 120 17 4,51 250 2 2 94 140 21 4,1 3 2,25 96 120 26 4,5 4 2,5 97,7 160 24 2,42 5 2,75 96 140 22 2,8 6 3 95 190 23 1,9 Bảng 8.2. Kết quả đo nhiệt độ stt T T T3 T T5 T T T8
27. 1 88,7 87,5 86,1 77,6 77,6 88,3 29,8 30,9 2 89,1 88,1 86,6 77,5 77,4 88,9 29,8 31 3 89,4 88 86,3 77,3 77,4 88,7 29,7 30,9 4 89,8 88,5 87,2 77,3 77,4 89,3 29,7 30,9 5 90,1 88,7 87,4 77,4 77,4 89,3 29,7 30,9 6 92,4 90,7 85,1 80 78 69,3 29,8 33,4 8.4. Xử lí kết quả: Tính Ta có: Ta có: Với Rượu 25 :  Tính F: Ta có: M M etylic.xetylic M nuoc (1 xetylic ) 46.0,091224 18.(1 0,091224) 20,5543 F 4,78035.103 F 232,572(mol / h) M 20,5543 Tính xD mRuounc 0,08807 Ta có: xD 0,91929 mhh 0,095802 0 Vnc 0 94 Trong đó: R Vnc R .Vhh .0,12 0,1128(Lit) Vhh 100 3 mRuounc= 100.Vnc 780,75.0,1128.10 0,08807 (kg) 3 0 Với 100 =780,75 kg/m : khối lượng riêng của rượu 100 ở nhiệt độ nhập liệu. 3 ▪ Khối lượng hỗn hợp: mhh= hh.Vhh 798,35.0,12.10 0,095802(kg) 3 0 Với hh =798,35 kg/m : khối riêng của hỗn hợp ở 94 C Bảng 8.3. Bảng chuyển đổi đơn vị
28. STT xF(mol/mol) F(mol/h) xD(mol/mol) xW(mol/mol) 1 0,091224 232,572 0,81672 0,083835 2 0,091224 232,572 0,81673 0,082591 3 0,091224 232,572 0,87154 0,082846 4 0,091224 232,572 0,86308 0,09128 5 0,091224 232,572 0,87163 0,082342 6 0,091224 232,572 0,84358 0,07929 ♦ Tính D: Ta có: M M etylic.xetylic M nuoc (1 xetylic ) 46.0,81672 18.(1 0,81672) 40,86816 D 0,095802.103 D 2,34464(mol / h) M 40,86816 W= F- D = 232,572 – 2,34464 = 230,23(mol/h). Bảng 8.4. Tính cân bằng vật chất. STT R F(mol/h) D(mol/h) W(mol/h) 1 2,03250 232,572 2,34464 230,23 2 2,32290 232,572 2,73485 229,83 3 2,98069 232,572 2,24347 232,49 4 3,24884 232,572 3,01118 229,56 5 3,64379 232,572 2,61711 229,95 Tính số mâm lý thuyết Xác định chỉ số hồi lưu: * xD y F 0,816722 0,42688 Ta có: Rmin * 1,16143 yF xF 0,42688 0,091224  R=1,75.Rmin = 1,75.1,16143 = 2,03250 Tương tự ta tính cho các thí nghiệm khác.  Đường làm việc phần cất: Ta có: R x 2,03250 0,816722 y x D x 0,67024x 0,26932 R 1 R 1 2,03250 1 2,03250 1  Đường làm việc phần chưng:
29. L R L 1 99,19305 2,03250 99,19305 1 y x xW x .0,091224 33,38x 2,95 R 1 R 1 2,03250 1 2,03250 1 Bảng 8.5. Tính số mâm lý thuyết Đường làm việc Đường làm việc H R N STT phần chưng phần cất % 1 2,03250 33,38x-2,95 0,67024x+0,26932 2 2,32290 26,29x-2,31 0,69906x+0,24579 3 2,98069 26,79x-2,35 0,74879x+0,21894 4 3,24884 18,94x-1,64 0,76464x+0,20313 5 3,64379 19,92x-1,73 0,78466x+0,18769 6 3,72435 14,34x-1,22 0,78833x+0,17856 Kết quả tính cân bằng năng lượng:  Nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ,W: 0,095802 Qng=D.rD = .207,96.4186 23,17(W ). 3600 Trong đó: D: khối lượng sản phẩm đỉnh (kg/s). rD=207,96 kcal/kg: nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, kcal/kg.  Nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào,W: 232,572 Ta có: QF= F.CF.tF= .193,63.88,3 1104,56 (W). 3600 Trong đó: F: lưu lượng mol nhập liệu( mol/s). 0 CF=193,63 J/mol C: nhiệt dung riêng của nhập liệu tại nhiệt đô nhập liệu. 0 TF: nhiệt độ nhập liệu, C.  Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy: 230,2274 Ta có: QW = W.CW.tW= .196,56.88,7 1114,9(W ) 3600 Trong đó: W: lưu lượng mol sản phẩm đáy( mol/s). 0 CW=196,56 J/mol C: nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy tại nhiệt độ sản phẩm đáy. 0 tW: nhiệt độ sản phẩm đáy, C.  Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh: 2,34464 Ta có: QD = D.CD.tD= .79,66.77,6 4,03(W ) 3600 Trong đó: D: lưu lượng mol sản phẩm đỉnh( mol/s). 0 CD=79,66 J/mol C: nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh tại nhiệt độ sản phẩm đáy. 0 tD: nhiệt độ sản phẩm đỉnh, C.  Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh: - Làm lạnh sản phẩm đỉnh: 2,34464 Ta có: Q D D.C .(t t ) .79,66.(78,13 77,6) 0,02749(W ) II D SD D 3600
30. Trong đó: D: lưu lượng mol sản phẩm đỉnh( mol/s). 0 CD=79,66 J/mol C: nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh tại nhiệt độ sản phẩm đáy. t =78,130C: nhiệt độ sôi sản phẩm đỉnh,0C. SD 0 tD: nhiệt độ sản phẩm đỉnh, C. - Làm lạnh sản phẩm đáy: 230,2274 QW W.C .(t t ) .196,56.(88,7 87,2) 18,86(W ) II W SW W 3600 0 Với :tSW :nhiệt độ sôi sản phẩm đáy, C.  Phương trình cân bằng nhiệt lượng: QF + QK + QL0 = QD + QW + Qm + Qng. => QK = QD + QW + Qm + Qng –QF – QL0. = 4,03 + 1114,9+ 5%QK + 23,17-1104,5-0,02749-18,86=19,69. Tính toán tương tự các thí nghiệm khác, ta được bảng tóm tắt kết quả như sau: Bảng 8.6. Kết quả tính toán cân bằng năng lượng G Q Q Q Q Q D QW Q STT ng F W D II II K kg/h W W W W W W W 1 250 23,17 1104,56 1114,9 4,03 0,02749 18,86 19,69 2 250 27,03 940,57 1124,1 4,69 0,03810 42,26 182,05 3 250 23,01 938,17 1132,6 3,67 0,03749 62,08 167,36 4 250 30,72 1118,5 1123,8 4,96 0,05130 59,46 19,51 5 250 26,85 1114,4 1136,4 4,29 0,03822 58,02 5,17 6 250 36,38 850,81 1166,5 6,35 0,14992 90,27 282,11
31. 8.5. Đồ thị: xW 0,092 0,09 0,088 0,086 0,084 0,082 0,08 0,078 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 xD Q 300 K 250 200 150 100 50 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 -50 R 8.6. Bàn luận:
32. 8.6.1. Cho biết dòng hoàn lưu ảnh hưởng như thế nào đến độ tin khiết của sản phẩm (hiệu suất của quá trình). - Dòng hoàn lưu làm cho sản phẩm có độ tinh khiết cao hơn và do đó làm tăng hiệu suất, sản phẩm tinh khiết của quá trình. 8.6.2. Cho biết vị trí mâm nhập liệu ảnh hưởng như thế nào đến bbooj tinh khiết của sản phẩm (hiệu suất của quá trình). - Theo lý thuyết mỗi đĩa của tháp là bậc thay đổi nồng độ sản phẩm tinh khiết càng tăng, do đó vị trí mâm nhập liệu ảnh hương quan trọng đến hiệu suất của quá trình.