báo cáo thực hành cô đặc

Quá trình thực nghiệm và xử lý các thông số đo được trong quá trình thực nghiệm nhằm xác định cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng cho quá trình cô đặc gián đoạn từ đó so sánh kết quả

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN CN SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

-˜&™ -BÀI BÁO THỰC HÀNH KỸ THUẬT THỰC PHẨM

BÀI 4: QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

Giáo viên hướng dẫn : Lê Văn Nhiều

Sinh viên thực hành : Đặng Thị Yến Nhi

Tổ : 1

Lớp : DHTP16B

MSSV : 20075091

Tp HCM, ngày 23 tháng 03 năm 2022

1 Tóm tắt

- Bài báo cáo là tóm tắt quá trình cô đặc trên hệ thống thiết bị cô đặc gián đoạn Quá trình

thực nghiệm và xử lý các thông số đo được trong quá trình thực nghiệm nhằm xác định cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng cho quá trình cô đặc gián đoạn từ đó so sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm trong mỗi giai đoạn.Sau khi tiến hành thí

nghiệm và tính toán ta thấy năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình lớn hơn năng lượng dung dịch nhận được vì có một phần thất thoát ra ngoài qua dòng chảy nước giải nhiệt Giai đoạn đun sôi dung dịch thì Qk1 > Q1 là nhiệt lượng cung cấp cho nồi sẽ cao hơn nhiệt lượng cung cấp cho dung dịch nhận được

2 Giới thiệu

- Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một phần dung dịch

ở nhiệt độ sôi Dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ

- Mục đích của quá trình cô đặc

- Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch.

- Tách chất rắn hào tan ở dạng rắn (kết tinh)

- Tách dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất)

- Quá trình cô đặc được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn công nghiệp sản xuất hóa chất,

thực phẩm: cô đặc đường trong nhà máy sản xuất đường, cô đặc xút trong nhà máy sản xuất phèn nhôm…

- Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, tương ứng với mỗi áp suất khác nhau.

- Cô đặc ở áp suất chân không thì nhiệt độ sôi dung dịch giảm do đó cho biết hơi đốt

giảm Cô đặc chân không dùng để cô đặc dung dịch có nhiệt độ sôi cao ở áp suất thường và dung dịch để phân hủy vì nhiệt hoặc có thể sinh ra phản ứng phụ không mong muốn

- Cô đặc áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dùng cho các dung dịch không bị phân

hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ trong quá trình

cô đặc và quá trình đun nóng khác Cô đặc áp suất khí quyển thì hai thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài không khí

2.1 Nhiệt độ sôi của dung dịch

- Phụ thuộc vào tính chất dung môi và chất tan Nhiệt độ sôi của dung dịch luôn lớn hơn

dung môi nguyên chất ở cùng áp suất

- Nhiệt độ sôi còn phụ thuộc vào độ sâu của dung dịch trong thiết bị, càng xuống sâu

nhiệt độ sôi càng tăng

2.2 Cô đặc một nồi làm việc gián đoạn

Thường ứng dụng khi năng suất nhỏ, nhiệt năng không có giá trị kinh tế, được thực hiện theo hai phương pháp

- Dung dịch cho vào một lần rồi cho bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bị giảm dần cho

đến khi nồng dộ đạt yêu cầu

- Dung dịch cho vào ở mức nhất định, cho bốc hơi đồng thời bổ sung dung dịch mới liên

tục để giữ mức chất lỏng không đổi cho đến khi nồng độ đạt yêu cầu Sau đó tháo sản phẩm ra và tiếp tục mẻ mới

2.3 Cân bằng vật chất và năng lượng

2.3.1 Nồng độ

- Nồng độ được xác định là khối lượng chất tan so với khối lượng dung dịch

- Nồng dộ còn được xác định là khối lượng chất tan trong thể tích dung dịch

- Mối liên hệ giữa hai công thức

pdd: khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3)

2.3.2 Cân bằng vật chất

- Phương trình tổng quát:

Lượng chất vào + lượng chất phản ứng = lượng chất ra + lượng chất tích tụ

o Đối với quá trình cô đặc

- Không có lượng tích tụ

- Không có phản ứng hóa học nên không có lượng phản ứng

Do đó phương trình cân bằng vật chất được viết lại:

Lượng chất vào = Lượng chất ra

o Đối với chất tan

Khối lượng chất tan vào = Khối lượng chất tan ra

- Dùng phương trình này giúp tính toán khối lượng dung dịch còn lại trong nồi đun sau

quá trình cô đặc

o Đối với hỗn hợp

- Khối lượng dung dịch ban đầu = khối lượng dung dịch còn lại + khối lượng hơi thứ

- Phương trình này dùng để tính toán khối lượng dung môi bay hơi trong quá trình cô đặc.

Gđ: Khối lượng dung dịch ban đầu trong nồi đun (kg)

: Nồng độ ban đầu của chất tan trong nồi đun (kg/kg)

GC: Khối lượng dung dịch còn lại trong nồi đun (kg)

: Nồng độ cuối cùng của chất tan trong nồi đun (kg/kg)

: Khối lượng dung môi bay hơi (kg)

2.3.3 Cân bằng năng lượng

- Phương trình tổng quát:

Năng lượng mang vào = Năng lượng mang ra + năng lượng thất thoát

o Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch

- Năng lượng do nồi đun cung cấp

- Năng lượng do dung dịch nhận được

o Đối với giai đoạn bốc hơi dung môi

- Năng lượng do nồi đun cung cấp:

- Năng lượng nước nhận được để bốc hơi:

- Cân bằng năng lượng tại thiết bị ngưng tụ:

- Các phương trình cân bằng năng lượng giúp ta so sánh giữa lý thuyết với thực nghiệm

3 Mục đích thí nghiệm

- Vận hành được hệ thống cô đặc gián đoạn, đo đạc các thông số của quá trình.

- Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng cho quá trình cô đặc gián đoạn.

- So sánh năng lượng cung cấp cho quá trình theo lý thuyết và thực tế.

- Xác định năng suất và hiệu suất của quá trình cô đặc.

- Xác định hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ.

4 Thực nghiệm

Hình 7.1: Sơ đồ nguyên lí hệ thống cô đặc

4.1 Chuẩn bị thí nghiệm

4.1.1 Kiểm tra các hệ thống phụ trợ

- Bật công tắc nguồn.

- Kích hoạt bộ điều khiển.

- Kích hoạt mô hình thí nghiệm.

- Cấp điện bộ hiển thị số.

- Mở van nguồn cấp nước.

- Kiểm tra ống nhựa mềm dẫn nước.

- Mở van V9.

- Kiểm tra áp suất hệt thống.

- Mở van V6 để lưu thồn nước trong thiết bị ngưng tụ 4.1.2 Kiểm tra mô hình thiết bị

o Trước khi thí nghiệm

- Nồi đun và thiết bị kết tinh

- Đóng các van thoát nước

- Thùng chưa dung dịch cô đặc

- Đóng các van V3, V4

o Kết thúc thí nghiệm

- Tắt W1

- Khóa van VP1

- Đợi dung dịch trong nồi đun xuống 30oC

- Khóa van nguồn nước giải nhiệt

- Tháo hết dung dịch trong nồi đun

- Tháo dung môi

4.1.3 Chuẩn bị dung dịch

- Chuẩn bị 7 lít dung dịch CuSO4 loãng

- Xác định nồng độ (g/l) của dung dịch

- Xác định khối lượng riêng của dung dịch

4.2 Báo cáo

- Tính toán cân bằng vật chất.

- Tính toán cân bằng năng lượng

- So sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm trong mỗi giai đoạn Nhận xét và giải

thích

- Tính hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ

- Nhận xét về sự biến đổi nhiệt độ trong nồi đun khi thực hiện giai đoạn hóa hơi dung

môi Giải thích sự biến đổi này

5 Kết quả và bàn luận

 Dung dịch trước cô đặc:

- Khối lượng của 100ml dung dịch trước cô đặc: m1= 97,62 g

- Khối lượng riêng của dung dịch trước cô đặc:

- Nồng độ của dung dịch trước cô đặc:

A1=0,962 => = 10,943 (g/l)

 Dung dịch sau cô đặc:

- Khối lượng của 100ml dung dịch trước cô đặc: m2= 101,97 g

- Khối lượng riêng của dung dịch sau cô đặc:

(g/l)

- Nồng độ của dung dịch sau cô đặc:

A2 = 1,743 => = 22,446(g/l)

 Nồng độ:

- Khối lượng dung dịch ban đầu trong nồi đun:

Gđ = × 1 = 7 976,2= 6,8334 (kg)

- Nồng độ ban đầu của chất tan trong nồi đun:

- Nồng độ cuối của chất tan trong nồi đun:

0,022

 Cân bằng vật chất:

Đối với chất tan:

- Khối lượng dung dịch còn lại trong nồi đun:

Đối với hỗn hợp:

- Khối lượng dung môi bay hơi:

(kg)

 Cân bằng năng lượng:

Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch

- Năng lượng do nồi đun cung cấp

(J)= 3840 (kJ)

- Năng lượng do dung dịch nhận được

(kJ/kg.K) (= 1613,12(kJ)

- nhiệt lượng tổn thất

Qtt1 = Qk1 -Q1 = 3840 - 1613,12 = 2226,88 (kJ)

Đối với giai đoạn bốc hơi dung môi

- Năng lượng do nồi đun cung cấp

(J) = 9120 (kJ)

- Năng lượng nước nhận được để bốc hơi

Với iw= 2667,6 (kJ ⁄kg)

CH2O = 4,212 (kJ/kg K)

- ( (kJ)

Qtt2 = Qk2 -Q2 = 9120 - 7631,62 = 148838 (kJ)

- Cân bằng năng lượng tại thiết bị ngưng tụ

(kg/m3)

=

- Hệ số truyền nhiệt trong thiết bị ngưng tụ

max = 100 – 45.1 =54.9

min = (45.1 + 5) – 29 = 21.1

log = = = = 35,35

Q = 100 ml/s = 0,0001m3/s

- = = = 1,4144

6 Kết luận

- Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình lớn hơn năng lượng dung dịch nhận

được vì có một phần đã thất thoát qua dòng nước giải nhiệt

- Giai đoạn đun sôi dung dịch: theo lý thuyết thì nhưng thực tế thì nghĩa là nhiệt

lượng cung cấp cho nồi đun cao hơn nhiệt lượng dung dịch nhận được

- Trong quá trình thực hành thí nghiệm sẽ không tránh khỏi sự sai xót về thông số,

nhiệt độ, thời gian