KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Khảo sát thời gian lưu của hệ thống bình khuấy mắc nối tiếp theo mô hình dãy hộp Xác định hàm phân bố thời gian lưu thực với phổ thời gian.KỸ THUẬT PHẢN ỨNG Khảo sát thời gian lưu của hệ thống bình khuấy mắc nối tiếp theo mô hình dãy hộp. Xác định hàm phân bố thời gian lưu thực với phổ thời gian lưu lý thuyết. Tìm hiểu các cận của mô hình dãy hộp và thong số thống kê của mô hình thí nghiệm.
Trang 1BÀI 1: THỜI GIAN LƯU
I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM :
- Khảo sát thời gian lưu của hệ thống bình khuấy mắc nối tiếp theo mô hình dãy hộp
- Xác định hàm phân bố thời gian lưu thực với phổ thời gian lưu lý thuyết
- Tìm hiểu các cận của mô hình dãy hộp và thong số thống kê của mô hình thí nghiệm
II LÝ THUYẾT:
1 Thời gian lưu:
Định nghĩa: Thời gian lưu của một phần tử trong hệ là thời gian phần tử đó lưu lại trong bình phản ứng hay trong thiết bị phản ứng bất kì cần khảo sát
Những phần tử lưu chất khác nhau sẽ đi những quãng đường khác nhau trong thiết bị và mất những khoảng thời gian khác nhau Dựa trên các hàm phân bố thời gian lưu xác định, ta có thể đánh giá tương quan về dòng chuyển động trong thiết bị, các nhược điểm khi thiết kế như vùng chảy tù, chảy tắt, phân lớp…từ đó mà ta khắc phục nhược điểm của thiết bị
Dựa trên phổ thời gian lưu mà ta có thể vận hành tối ưu và qua đó thiết lập các thong số, phương pháp điều khiển cũng như tối ưu hóa trong thiết bị
Thời gian thu gọn t t t
V t
là tỷ số giữa thời gian lưu của phần tử bất kì và thời gian lưu trung bình của toàn hệ
Với: V là thể tích của hệ bình phản ứng
V là lưu lượng của dòng lưu chất vào thiết bị phản ứng
2 Các phương pháp đánh dấu:
Để đo thời gian lưu, mà trong thời gian đó một phần tử xác định lưu lại trong một hệ dòng chảy, người ta phải phân biệt nó với các phần tử khác bằng cách đánh dấu Các phần tử đánh dấu phải có đặc điểm là không được ảnh hưởng và khác biệt với các phẫn tử tạo nên tương quan trong hệ
Trang 2Các loại chất chỉ thị đánh dấu đối với môi trường lỏng có thể là: Dung dịch màu, các chất phóng xạ, các chất đồng vị phóng xạ ổn định, các hạt rắn phát sáng…
Các loại chất chỉ thị thích hợp ta có thể để nó vào hệ theo 2 kiểu:
- Tín hiệu ngẫu nhiên
- Tín hiệu xác định: tín hiệu tuần hoàn và tín hiệu không tuần hoàn
- Để khảo cứu thiết bị, người ta dung loại tín hiệu xác định không tuần hoàn, loại tín hiệu này có thể được tạo ra nhờ:
Đánh dấu bằng va chạm (tín hiệu xung)
Đánh dáu bằng cách cho nhập liệu vào lien tục một lượng xác định (tín hiệu bậc)
Đánh dấu bằng cách cho nhập liệu chiếm chỗ toàn bộ trong hệ
- Trong thí nghiệm này ta chọn loại đánh dấu bằng va chạm (xung)
- Loại đánh dấu này thường thích hợp với chất chỉ thị là chất màu
- Ta có thể biểu diễn hàm phân bố mật độ xác suất thời gian lưu:
*
( ) ( )
( )
ra ra
vao
f t
C C t
3 Bình phản ứng lý tưởng:
a Bình khuấy lý tưởng: có tính chất là quá trình khuấy trộn là hoàn toàn do đó hỗn hợp đồng nhất trong tất cả các phần của thiết bị và giống với dòng ra Điều này
có ý nghĩa là phân tố thể tích trong các phương trình liên quan có thể được lấy là thể tích V của toàn thiết bị phản ứng
b Bình ống lý tưởng: Có tính chất của dòng chảy thay đổi theo phương dọc trục (từ đầu vào đến đầu ra) chỉ do quá trình phản ứng Các điểm trên cùng một tiết diện vuông góc với phương dọc trục đều có cùng một tính chất
c Mô hình dãy hộp: Khi nối các bình khuấy trộn lý tưởng lai với nhau ta có mô hình dãy hộp Tổng quát với mô hình dãy hộp n bình mắc nối tiếp, ta có hàm phân
bố thời gian lưu lý thuyết (hàm đáp ứng) như sau:
Trang 3i
n
n n
n
n
Vẽ hàm đáp ứng Cn theo các giá trị n khác nhau, ta có được đồ thị Ta thấy rằng:
n = 1 phổ của hàm đáp ứng là phổ của bình khuấy lý tưởng
n phổ của hàm đáp ứng là phổ của bình ống lý tưởng
4 Xác định nồng độ bằng cách đo mật độ quang
Tỷ số C/C0 hoàn toàn có thể thay thế bằng tỷ số D/D0 nên ta chỉ cần đo mật độ quang thay cho việc đo nồng độ
Cơ sở là định luật Lambert – Beer:
D b c k C T
Với : : hệ số hấp thu mol (l/mol.cm)
b: chiều dài cuvet chứa mẫu (cm)
C: nồng độ mẫu (mol/l)
k: hệ số tỷ lệ
T: độ truyền suốt (%)
III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM, TÍNH TOÁN VÀ ĐỒ THỊ :
1 HỆ MỘT BÌNH GIÁN ĐOẠN
T0 (%) Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q)
Chọn T0 = 42.2
2 HỆ MỘT BÌNH LIÊN TỤC
Trang 4T0 (%) Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q)
HỆ HAI BÌNH:
T0 (%) Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q)
Trang 512 330 62.9 41 1200 87.4
IV XỬ LÝ KẾT QUẢ:
1 CÔNG THỨC TÍNH TOÁN
a Tính thời gian lưu trung bình :
Thực nghiệm:
Đối với hệ một bình:
0 1
0
1 1 0 1
1191.9698
293.5774 4.0606
k
i i
i
i
D
D t
D
D
Đối với hệ hai bình:
0 1
0
1 1 0 1
1225.65
292.2496 4.1938
k
i i
i
i
D
D t
D
D
Lý thuyết:
Trang 6V: Tổng thể tích hệ thống khảo sát (l)
v: Lưu lượng dòng chảy (l/s)
Đối với hệ một bình:
1 1000 0.12 0.105 1000
237.5044 0.3
60
b
Đối với hệ hai bình:
2 2 1000 0.12 0.105 1000
475.0088 0.3
60
b
b Tính thời gian lưu rút gọn :
i
t t
với i = 1…K
i
t
với i = 1…K
c Hàm đáp ứng :
Thực nghiệm:
ni
n
C
với i = 1…K
i
n
n
n
với i = 1…K Đối với hệ một bình: 1. 1 0 i i
C e e
Đối với hệ hai bình:
2
2 1 2.
2
4 (2 1)!
Mật độ quang: D 2 lg( %) T
Mật độ quang ban đầu của mỗi hệ: 0n D0
D
n
Với: n là số bình khuấy mắc nối tiếp
D0 là mật độ quang ban đầu đo được ở hệ một bình khuấy
Trang 72 BẢNG SỐ LIỆU
HỆ MỘT BÌNH:
D0 Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q)
STT t (s) T (%) D D/D0 (TN) TN D/D0 (LT) LT
10 300 64.0 0.1938 0.56359 1.0219 0.28277 1.2631
11 330 65.2 0.1858 0.54013 1.1241 0.24921 1.3894
12 360 65.4 0.1844 0.53626 1.2263 0.21964 1.5158
13 390 67.2 0.1726 0.50198 1.3284 0.19358 1.6421
14 420 69.2 0.1599 0.46494 1.4306 0.17061 1.7684
15 450 72.3 0.1409 0.40960 1.5328 0.15036 1.8947
16 480 75.1 0.1244 0.36162 1.6350 0.13252 2.0210
17 510 76.3 0.1175 0.34160 1.7372 0.11680 2.1473
18 540 78.2 0.1068 0.31053 1.8394 0.10294 2.2736
19 570 80.3 0.0953 0.27707 1.9416 0.09072 2.4000
20 600 83.7 0.0773 0.22470 2.0438 0.07996 2.5263
21 630 86.9 0.0610 0.17732 2.1459 0.07047 2.6526
22 660 88.7 0.0521 0.15143 2.2481 0.06211 2.7789
23 690 88.9 0.0511 0.14858 2.3503 0.05474 2.9052
24 720 90.1 0.0453 0.13165 2.4525 0.04824 3.0315
25 750 92.3 0.0348 0.10119 2.5547 0.04252 3.1578
26 780 94.6 0.0241 0.07010 2.6569 0.03747 3.2841
27 810 94.5 0.0246 0.07144 2.7591 0.03303 3.4105
28 840 94.7 0.0237 0.06877 2.8613 0.02911 3.5368
Trang 8ĐỒ THỊ:
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
TN LT
ĐỒ THỊ KHẢO SÁT ĐƯỜNG VÀ HỆ 1 BÌNH
Thực nghiệm
Lý thuyết
Trang 9HỆ HAI BÌNH:
D0 Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q)
STT t (s) T (%) D D/D0 (TN) TN D/D0 (LT) LT
ĐỒ THỊ
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
TN LT
ĐỒ THỊ KHẢO SÁT ĐƯỜNG VÀ HỆ 2 BÌNH
Thực nghiệm
Lý thuyết
Trang 11V BÀN LUẬN :
1 Nhận xét cách lấy mẫu:
Khi bắt đầu cho mực đỏ vào bình khuấy ta bắt đầu bấm thời gian, tính tại thời điểm bắt đầu bấm là t = 0s, sau đó cứ cách một khoảng thời gian xác định (30s)
ta lấy mẫu và xác định Di Việc lấy mẫu kết thúc khi nước trong bình khuấy hết màu đỏ hay độ truyền suốt T của mẫu gần 100%
Lưu ý là cho mực đỏ vào bình đầu tiên và lấy ra ở bình cuối cùng, lưu lượng đối với các hệ phải giống nhau, thể tích mỗi bình trong hệ phải bằng nhau
Ban đầu ta dùng mẫu nước trắng (không màu) để chuẩn lại độ truyền suốt của máy và cài đặt độ truyền suốt ban đầu của mẫu trắng là T = 100%
Cuvet chứa mẫu phải luôn sạch và khô ráo, bên trong mẫu lấy không được có bọt khí, sau mỗi lần lấy mẫu ta phải tráng lại cuvet bằng nước sạch
2 So sánh TN và LT trong một hệ và các hệ với nhau:
Thời gian lưu thực nghiệm và lý thuyết trong hệ 1 bình và 2 bình có sự chênh lệch, nhưng xét toàn diện thì thời gian lưu lý thuyết và thực nghiệm gần tương đương nhau
3 Nguyên nhân dẫn đến sai số:
- Lưu lượng nước chảy qua các bình là không đồng đều, thể tích nước ta lấy vào trong các bình và trong các hệ là không đồng đều, không chính xác bằng nhau
- Cách lấy mẫu không chính xác, thời gian lấy mẫu không đồng đều
- Quá trình khuấy trộn không hoàn toàn
- Mức độ phân tán màu trong bình không đều nhau
- Chế độ dòng chảy không ổn định do sự xuất hiện của vũng tù và các dòng chảy tắt
- Bình khuấy không phải bình khuấy lý tưởng
- Sai số trong quá trình tính toán