BÁO cáo THÍ NGHIỆM bộ môn QUÁ TRÌNH và THIẾT bị CNTP III đánh giá được hiệu quả của phương pháp sấy bơm nhiệt

Mục đích thí nghiệm - Củng cố kiến thức về quá trình sấy bơm nhiệt - Hiểu được quy trình và nguyên lý hoạt động của hệ thống bơm nhiệt - Biết cách vận hành hệ thống thiết bị sấy bơm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CNSH & CNTP

*******

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNTP III

Giáo viên hướng dẫn: ThS Phạm Thanh Hương

CN Nguyễn Ngọc Viễn ThS Phan Minh Thụy

Sinh viên thực hiện: Hoàng Minh Đức

Mã học phần: BF3533

Mã lớp thí nghiệm: 710472

Hà Nội - 2022

BÀI: SẤY BƠM NHIỆT

I Mục đích thí nghiệm

- Củng cố kiến thức về quá trình sấy bơm nhiệt

- Hiểu được quy trình và nguyên lý hoạt động của hệ thống bơm nhiệt

- Biết cách vận hành hệ thống thiết bị sấy bơm nhiệt

- Đánh giá được hiệu quả của phương pháp sấy bơm nhiệt

II Thiết bị và nguyên lý hoạt động

Phần 1 Chuẩn bị thí nghiệm

1 Kiểm tra khả năng làm việc của các cảm biến nhiệt độ, đầu đo nhiệt ẩm, bộ điều khiển lập trình PLC

2 Khảo sát hệ thống đường ống gas

3 Kiểm tra hệ thống đường ống tuần hoàn không khí trong máy sấy

4 Chuẩn bị và bàn giao cân điện tử, cáp nối PC,

5 Sơ chế và chuẩn bị cà rốt: nạo vỏ, cắt 2 đầu, nạo miếng nhỏ đồ dày không quá 5mm

Phần 2 Thiết lập hệ thống

- Lắp nhiệt kế và các đầu đo vào máy sấy

- Kết nối cảm biến nhiệt độ: PT100 vào bộ điều khiển PLC

- Kết nối PLC với PC thông qua cáp nối

Phần 3 Tiến hành thí nghiệm

- Chạy thử nghiệm hệ thống thông qua màn hình điều khiển trên PC

- Cân vật liệu sấy: Miến

- Đưa vật liệu sấy vào tủ sấy và chạy tủ sấy ở một chế độ xác định

- Tiền hành quan sát Sau 10 phút lấy vật liệu ra cân và ghi các số liệu khối lượng hiện thị trên cân điện tử và các số liệu nhiệt ẩm đầu vào và đầu ra buồng sấy hiển thị trên màn hình điều khiển giám sát PC

- Tiến hành thì nghiệm đến khi khối lượng vật liệu không đổi

Phần 4 Kết thúc thí nghiệm

- Tổng hợp các số liệu để xử lý

- Tạm dừng và ngắt kết nối từ các cảm biến đến PLC và PC

- Tháo các cảm biến

- Bàn giao lại các thiết bị và dụng cụ thí nghiêm

III Bảng số liệu thí nghiệm và kết quả tính toán:

STT

lần đo

Bảng số liệu thí nghiệm Kết quả tính toán Thời gian

t (ph)

Nhiệt độ buồng sấy (0C)

Khối lượng (g)

Lượng

ẩm bay hơi

Wi (g)

Lượng

ẩm trong VLS W’ (g)

Độ ẩm của VLS

W (%)

Tốc độ

sấy (g/ph)



Fd dW

10 135 55 65,3 0 0 0 0

IV Báo cáo:

1 Đồ thị đường cong sấy:

0 15 30 45 60 75 90 105 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ ẩm VLS vào thời gian sấy

Thời gian sấy (phút)

 Nhận xét:

Độ ẩm của vật liệu giảm dần theo thời gian

2 Đồ thị đường cong tốc độ sấy:

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Đồ thị tốc độ sấy biểu diễn sự phụ thuộc tốc độ sấy vào độ ẩm

vật liệu sấy

Độ ẩm VLS (%)

 Nhận xét:

Độ ẩm càng nhiều, tốc độ sấy càng nhanh và ngược lại

Đồ thị có hình dạng phức tạp

BF3015: THÍ NGHIỆM SẤY ĐỐI LƯU TUẦN HOÀN KHÍ THẢI

I Lý thuyết:

Sấy là quá trình tách một phần hay phần lớn lượng ẩm có trong vật ẩm Quá trình sấy rất phức tạp và không ổn định, trong đó đồng thời xảy ra nhiều quá trình như quá trình truyền nhiệt từ tác nhân sấy cho vật sấy, dẫn nhiệt trong vật sấy, bay hơi của ẩm, dẫn ẩm từ trong ra bề mặt của vật sấy, truyền ẩm từ bề mặt vật sấy vào môi trường sấy Các quá trình trên đều tuân theo quá trình truyền ẩm

Trong quá trình sấy, độ ẩm của vật sấy liên tục thay đổi theo hướng giảm dần và được chia làm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn đầu: giai đoạn nung nóng vật sấy đến nhiệt độ bay hơi của ẩm

- Giai đoạn thứ nhất (giai đoạn có tốc độ sấy không đổi): chủ yếu làm bay hơi nước

tự do trong vật sấy Hơi bay lên từ bề mặt vật sấy là hơi nước bão hoà, nhiệt hoá hơi đúng bằng nhiệt hoá hơi của nước tự do

- Giai đoạn thứ hai (giai đoạn tốc độ sấy giảm dần): khi ẩm bên trong truyền ra bề mặt của vật sấy nhỏ hơn lượng ẩm có thể bốc hơi trên bề mặt vật liệu Giai đoạn này kéo dài tới khi vật sấy đạt tới độ ẩm cân bằng

Đường cong sấy:

Đường cong biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của vật sấy theo thời gian sấy gọi là đường cong sấy: w = f(t) Đồ thị hàm f(t) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dạng liên kết giữa nước và vật sấy, hình dáng, kích thước và đặc tính của vật sấy, phương pháp và chế độ sấy, tuy nhiên chúng đều có dạng chung như minh hoạ ở hình 1

Đường cong tốc độ sấy:

Đường cong tốc độ sấy biểu diễn quan hệ giữa tốc độ sấy và hàm ẩm của vật sấy, thu được bằng cách đạo hàm đường cong sấy theo thời gian: dw/dt = f(w) Hình 2 minh hoạ một dạng đường cong tốc độ sấy Trong giai đoạn sấy thứ nhất, tốc độ sấy không đổi nên đồ thị của hàm f(w) là đoạn thẳng AB song song với trục hoành Đoạn biểu diễn giai đoạn thứ hai của quá trình sấy có hình dạng phức tạp, phụ thuộc vào cấu trúc vật liệu sấy và dạng liên kết giữa ẩm với vật chất khô trong vật sấy

w wA

wc

A B

dw/dt

w

B

B

w

Hình 1 Đường cong sấy Hình 2 Đường cong tốc độ sấy

II Mục đích thí nghiệm:

- Làm quen và nắm vững quy trình vận hành thiết bị thí nghiệm sấy đối lưu có tuần hoàn khí thải

- Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy (đường cong sấy)

- Xác định quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm của vật liệu (đường cong tốc độ sấy)

III Sơ đồ thí nghiệm và nguyên lý làm việc của thiết bị thí nghiệm:

1 Cân

2 Vật liệu sấy

3 Buồng sấy

4 Cửa lấy KK

5.Quạt

6 Cửa thải TNS

7 Caloriphe

8 Tủ điều khiẻn

9 Bích nối

10 Giá đỡ

11 Atomat tổng

12 Công tắc điều khiển

Nguyên tắc làm việc:

Không khí ở bên ngoài do quạt 5 hút qua cửa 4 rồi được đun nóng trong caloriphe điện 7 Khống chế nhiệt độ không khí nhờ hệ thống nhiệt kế tiếp xúc Vật liệu ẩm xếp vào trong các khay đặt trong 1 cái khung của buồng sấy Khung được treo trên đĩa cân 1 Quan sát sự thay đổi khối lượng vật liệu sấy trên kim của cân Điều chỉnh lượng không khí thải nhờ cửa có tấm chắn 6

IV Trình tự thí nghiệm:

- Bước 1 Cân vật liệu cần sấy (rau, củ, quả)

- Bước 3 Quan sát và kiểm tra hệ thống thí nghiệm theo sơ đồ

- Bước 4 Mở quạt và đóng cầu giao nguồn nhiệt để tăng nhiệt cho caloriphe

- Bước 5 Đợi đến khi nhiệt độ sấy (tác nhân sấy) ổn định (sấy ở nhiệt độ nhất định nào đấy thì điều chỉnh nhiệt kế tiếp xúc) mới cho vật liệu vào và đọc chỉ

số trên cân

- Bước 6 Đọc và ghi lại chỉ số trên cân 5 phút một lần để biết lượng ẩm bốc hơi Tiến hành như vậy cho đến khi chỉ số trên cân không thay đổi sau 3 lần đo thì ngừng thí nghiệm

- Bước 7 Ngắt cầu dao calorife, đợi 10 phút rồi mới tắt quạt Lấy vật liệu sấy ra quan sát và cân vật liệu Ghi các số liệu thu được và báo cáo với người hướng dẫn

- Bước 8 Dọn dẹp sạch sẽ nơi thí nghiệm trước khi ra về

V Tính toán

1 Lượng ẩm ban đầu có trong vật liệu:

g = Gư - Gk (g)

Trong đó: Gư - Khối lượng vật liệu ướt, g

Gk- Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, g

2 Lượng ẩm bay hơi:

Wi= Gi - Gi-1, (g)

Gi , Gi-1:Làkhối lượng vật liệu ứng với thời gian i và i-1

3 Lượng ẩm chứa trong vật liệu:

W’ = g - ∑Wi, (g)

4 Độ ẩm của vật liệu:

W = W’.100 / Gư , (%)

VI Bảng số liệu thí nghiệm và kết quả tính toán:

STT

lần

đo

Bảng số liệu thí nghiệm Kết quả tính toán Thời

gian

t(ph)

Nhiệt độ buồng sấy (0C)

Số chỉ của cân

G (g)

Lượng

ẩm bay hơi

Wi (g)

Lượng

ẩm trong vật liệu sấy W’ (g)

Độ ẩm của vật liệu sấy

W (%)

Tốc độsấy



Fd dW

(g/ph)

10 45 80 3215 20 65 20,6 13

VII Báo cáo:

1 Đồ thị đường cong sấy:

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 0

10

20

30

40

50

60

70

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ ẩm vật liệu sấy vào thời gian sấy

Thời gian sấy (phút)

Nhận xét:

Độ ẩm của vật liệu sấy giảm dần theo thời gian

2 Đồ thị đường cong tốc độ sấy:

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Đồ thị đường cong tốc độ sấy

Độ ẩm VLS (%)

Nhận xét:

Độ ẩm càng nhiều thì tốc độ sấy càng nhanh và ngược lại

CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC

I Cơ sở lý thuyết

Chưng luyện là quá trình tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa trên cơ

sở độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp

Quá trình chưng luyện được tiến hành trong các thiết bị loại tháp chop, tháp đĩa và tháp đệm Khi làm việc, hơi đi từ dưới lên tiếp xúc với chất lỏng chảy từ trên xuống và hơi sẽ ngưng tụ lại cấu tử khó bay hơi nhiều hơn, nhiệt tỏa ra do quá trình ngưng tụ này sẽ làm bay hơi một lượng cấu tử dễ bay hơi nhiều hơn Vì vậy, khi lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như thế, trong hơi sẽ giàu cấu tử dễ bay hơi, còn trong lỏng sẽ giàu cấu tử khó bay hơi Nói một cách khác, với chiều cao tháp thích hợp (số đĩa tương ứng), cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được sản phẩm

có nồng độ cấu tử dễ bay hơi cao và ở đáy tháp ta thu được sản phẩm giàu cấu tử khó bay hơi Nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp và do đó nhiệt độ sôi cũng thảy đổi theo chiều cao của tháp tương ứng với sự thay đổi nồng độ

II Mục đích thí nghiệm

1 Làm quen với hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp chóp

2 Nguyên cứu chế độ làm việc của tháp, tính cân bằng vật liệu trong tháp

3 Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết) và hiệu suất của tháp

III Tiến trình thí nghiệm

III.1 Thiết bị thí nghiệm

Hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp chóp với những đặc tính kỹ thuật như sau: Đường kính tháp D = 120 mm

Số đĩa của tháp đoạn luyện N1 = 7

Số đĩa của tháp đoạn chưng N2 = 5

Mỗi đĩa có một chóp, một ống chảy chuyền nằm trong tháp

III.2 Quy trình thí nghiệm

III.2.1 Kiểm tra

- Hệ thống thiết bị thí nghiệm theo sơ đồ

- Các dụng cụ đo: nhiệt kế, rượu kế, lưu lượng kế, bình chứa

- Đóng vác van V2, V4, V5, V7, V8, V9,V12, V13, V14 Mở van V1, V3, V6, V7 Chú ý trong bình gia nhiệt phải có một lượng hỗn hợp lỏng nhất định

III.2.2 Chuẩn bị

- Nguyên liệu đầu ( có nồng độ theo yêu cầu) Mở van V2,V3 để lấy nước vào thùng phối trộn 1, sau đó pha cồn theo tỉ lệ

- Bật bơm 2, bơm đầy nguyên liệu đầu vào bình cao vị

- Chạy hệ thống gia nhiệt ở đáy tháp (Chú ý trong bình gia nhiệt phải có một lượng hỗn hợp lỏng nhất định.) Đặt nhiệt độ 1000C

- Mở van V4 cho nước vào hệ thống thiết bị ngưng tụ(khống chế độ mở của van sao cho nước sau khi ra thiết bị ngưng tụ ở nhiệt độ 450C)

III.2.3 Vận hành

Chạy hệ thống gia nhiệt nguyên liệu đầu (căn cứ vào nồng độ của dung dịch đầu vào xác định được nhiệt độ sôi của dung dịch, đặt nhiệt độ đun nóng trên bộ controler giá trị nhỏ hơn nhiệt độ sôi dung dịch là 2 độ) Mở van nguyên liệu đầu V10 với lưu lượng F vào tháp ( Có thể khống chế qua van V10 hoặc van V12, V9) Đợi cho sản phẩm đỉnh xuất hiện thì bắt đầu khống chế lượng hồi lưu ứng với một giá trị R (chỉ số hồi lưu) nhất định (lúc đầu cho hồi lưu toàn bộ sản phẩm đỉnh để nhanh đạt nồng độ sản phẩm đỉnh theo yêu cầu, quan sát nhiệt độ sản phẩm đỉnh để biết nồng độ, khi nhiệt độ đỉnh đạt yêu cầu tiến hành lấy mẫu và kiểm tra nồng độ)

III.2.4 Lấy số liệu

Khi tất cả các thông số đã ổn định, tiến hành đo:

- Lượng và nồng độ nguyên liệu đầu F, Xf (đo 3 lần lấy trung bình)

- Nồng độ sản phẩm đỉnh xp (đo 3 lần lấy trung bình)

- Nồng độ sản phẩm đáy Xf (đo 3 lần lấy trung bình)

- Chỉ số hồi lưu (đo 3 lần lấy trung bình)

- Nhiệt độ đỉnh, đáy, đĩa tiếp liệu

Sau khi đa lấy xong các số liệu thì dừng thí nghiệm theo thứ tự sau:

- Tắt gia nhiệt nguyên liệu đầu, đóng van V10 ngừng cung cấp nguyên liệu đầu

- Ngừng gia nhiệt ở đáy tháp

- Đóng các van V3, V4

Ghi các số liệu vào nhật ký thí nghiệm, báo cáo với cán bộ hướng dẫn, làm vệ sinh sạch sẽ nơi thí nghiệm trước khi ra về

IV Số liệu thí nghiệm

Bảng kết quả thí nghiệm

TT Nồng độ

sản phẩm

đỉnh, %V

Nồng độ sản phẩm đáy, %V

Nồng độ hỗn hợp đầu, %V

Lưu lượng hỗn hợp đầu, l/phút

Chỉ số hồi lưu, R Lưu lượnghồi lưu

(l/h)

Trun

g

bình

V Hướng dẫn xử lý số liệu thí nghiệm chưng luyện

1 Quy đổi nồng độ

Bảng quy đổi nồng độ thể tích – nồng độ khối lượng của ethanol

Quy đổi nồng độ phần khối lượng – nồng độ phần mol

aP = 85,65 + (94 – 90 ) 100−85,65100−90 = 91,39 %

aW = 7,98 + (10 - 1) 16,16−7,9820−10 =15,34 %

aF = 7,98 + (20 - 10) 16,16−7,9820−10 =16,16 %

x F = a F / M A

x P = a P /M A

x W = a W /M A

2 Tính toán cân bằng vật liệu của tháp:

F.xF = W.xw +P.xP (1) Trong đó:

F: Lượng hỗn hợp đầu cho vào tháp (Kmol/s)

W: Lượng sản phẩm đáy (Kmol/s)

P: Lượng sản phẩm đỉnh (Kmol/s)

xF, xW, xP: Nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu, đáy và đỉnh tháp

Ta có: F = W + P (2)

Thay (2) vào (1) ta có:

(W + P) xF = W.xW + P.xP  P.(xP – xF) = W.(xF – xW)

 x P

F −x W = W x P −x F

Chứng minh tương tự, ta được cân bằng vật liệu tháp:

P

x F −x W = W x P −x F=x P −x F W

P

3 Xác định số bậc thay đổi nồng độ

- Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện:

y = R x

R x+1 x+ 1 RX+1 x p

 y= 3.5

 y= 79 x+0,023

- Phương trình làm việc của đoạn chưng :

Ta có: f = F P = 0,73980,0039 = 189,7

(lượng hỗn hợp đầu tính theo một đơn vị sản phẩm đỉnh Kmol/Kmol)

y = f +R x

R x+1 x−

xW (f −1)

R x+1

 y= 189.7+3,5

 y=42,93 x−2,78

Xác định số đĩa lý thuyết bằng phương pháp đồ thị Mc Cabe Thiele:

Số đĩa lý thuyết: n¿ = ¿3

Hiệu suất tháp:

H= n¿

4 Nhận xét kết quả thí nghiệm

- Nồng độ sản phẩm đỉnh thu được khá cao nên hiệu suất chưng luyện của tháp tương đối cao

- Theo lí thuyết, số đĩa của tháp đoạn luyện là 2, số đĩa của tháp đoạn chưng là 1 Nhưng thực tế cần 7 đĩa tháp đoạn luyện và 6 đĩa tháp đoạn chưng Số lượng đĩa thực tế đã tăng rất nhiều so với lí thuyết