TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ MÔN KỸ THUẬT HÓA HỌC PGS TS ĐẶNG THỊ THANH LÊ (Chủ biên) ThS LƯU TRƯỜNG GIANG SÁCH HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI Biên mục trên xuấ[.]
NỘI DƯNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM
1 Làm quen với hệ thốngthiếtbịbơmlytâm vànắm được cách thao tác bơm.
2 Thànhlậpđường đặc tính chính của bơm: H = f (Q).
Bơm ly tâm hoạt động với một số vòng quay cố định, và áp suất cùng năng suất có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện làm việc.
Vấn đề xác định mối quan hệ giữa năng suất Q và áp suất H của bơm ở chế độ số vòng quay không đổi rất quan trọng, giúp chúng ta lựa chọn được bơm phù hợp.
Hàm số H = f(Q) là phương trình đặc tính chính của bơm, và đường đặc tính này có thể được biểu diễn dưới dạng các đường cong khác nhau tùy thuộc vào cấu tạo của bơm Việc lựa chọn kiểu bơm phù hợp cho từng trường hợp làm việc cụ thể cần dựa vào các đường đặc tính chính của bơm Hơn nữa, hiệu suất làm việc của bơm còn phụ thuộc vào hệ số hữu ích r| và công suất tiêu hao N, các thông số này sẽ thay đổi theo số vòng quay của bơm và ảnh hưởng đến năng suất của bơm.
Các đại lượng đặc trưng cho hoạt động của bơm ly tâm với số vòng quay không đối bao gồm áp suất H, công suất N và hệ số hữu ích ĩ Những đại lượng này được biểu diễn trên các đồ thị phụ thuộc giữa Q - H, Q - N, và Q - Ĩ, được gọi là các đường đặc tính chính của bơm Các đường đặc tính này được sử dụng để nghiên cứu chế độ làm việc và lựa chọn các thông số của bơm.
Như vậy, sự làm việc của bơm ly tâm đượcđặc trung bằng hệ thống đườngcong: H=fl (Q); N= Í2 (Q); ĩ|= fs(Q):
Hình 1.1 Đồ thị đường đặc tính của bơm
Các đường cong này biếudiễn quanhệ giữa Q với H, N và ĩ|.
Phân tích các đường cong bơm cung cấp những khái niệm quan trọng về chế độ làm việc của bơm, giúp xác định điều kiện làm việc thuận lợi nhất cho từng trường hợp cụ thể.
Khi năng suất của bơm ly tâmthay đổi thì các thông số khác như áp suất,công suất và hệ sốhữu ích củanó cũng thay đổi theo.
Khithayđổi số vòng quay n của bơm lytâm thì năng suất, áp suất và công suấtsửdụngnó cũng thay đổi: z X 2 Ổ2 ^2 XW2 2 ^2
Từ đồ thị ta thấy rằng năng suất Q tăngthìcông suất sử dụng N cũng tăng liêntục Khi năngsuấtQ = 0 thì công suất sử dụng cực tiếu.
Việc chọn bơm và số vòng quay của nó phụ thuộc vào điều kiện làm việc trong hệ thống mạng ống, bao gồm ống dẫn và các thiết bị trên đường ống Các điều kiện này được xác định qua đặc tuyến mạng ống (Q - Hmg), thể hiện mối quan hệ giữa năng suất chất lỏng và áp suất cần thiết để khắc phục tất cả các trở lực trong mạng ống.
Chúng ta biết rằng, đốivới chất lỏng thực thì áp suất cần thiết đê vận chuyếnchấtlỏng được biêu thịbằng công thức:
+ + = + + +ỉỉc (1.2) l d J2.g l d ) 2.g.f Ờ đây: À -hệ số ma sát;
L- chiềudài ống dẫn, m; d - đườngkính ống dẫn,m;
-tổng các hệ số trở lựccục bộ; g - giatốctrọngtrường, m/s2; g = 9,8 m/s2;
Q-năng suất bơm, m3/s; Q =co.f; f- diện tích tiết diện ngang củaống dẫn, m2;
Hh - chiều cao hình học(bằng tổng chiều cao hút và đẩy), m;
Hc - hiệu số áp suất giữa khoảng không gian tương ứng với vị trícuối của ống đẩy vàđầu ống hút,m.
Hình 1.2 Đồ thị đặc tuyến bơm và mạng ống Đốivới hệmạngốngnhấtđịnh thì:
1 + ^ + S^Ì l d ) là một đại lượngkhông đối
Giá trị Hh +Hc =b cũng là một đại lượng không đối.
Công thức trên có dạng phương trình parabol mà đường biếu diễn khôngđi qua gốc tọađộ.
Khi biểu diễn đặc tuyến mạng ống trên đồ thị (H - Q), các đường đặc tuyến sẽ cắt nhau tại một điểm A Điểm A này đại diện cho điểm làm việc của bơm trong mạng ống đã cho, tương ứng với năng suất cao nhất của bơm.
Trong phạm vi bài thí nghiệm này, mục đích là xây dựng đường đặc tuyếnH-Q.
Hệ thống bơm ly tâm gồm:
-Hệ thống đường ống và các van.
1.4.1 Sơ đồ hệ thống bơm ly tàm
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống bơm ly tàm
1 Bơm ly tâm; 2 Thùng chứa nước; 3 Van một chiều; 4 Đồng hồ lưu lượng;
5 Áp kế; 6 Chân không kế; 7; Vôn kế; 8 Công tắc bơm;
V1 - Van hút; V2- Van đầu ra
Khibơmlytâm 1 hoạt động, nước từ thùng chứa 2 được dẫn qua van một chiều 3 và van hút V1 vào bơm Nước sau đó chảy qua đồng hồ lưu lượng 4 và quay trở lại thùng chứa 2 qua van V2 Lưu lượng nước được đo bằng đồng hồ lưu lượng 4, trong khi áp suất trong ống và độ chân không trong ống hút được đo bằng áp kế 5 và chân không kế 6 Việc tắt và bật bơm được thực hiện thông qua công tắc 8.
1.4.3 Thứ tự tiến hành thí nghiệm
1 Đổ nước vàothùng chứa nước 2.
2 Quan sát và tìm hiếu hệ thống thínghiệm theosơ đồ.
3 Xemxét động cơ điện,các van, dụng cụđo: lunlượng kế, vôn kế, áp kế,chân không kếcó đủ vàđảm bảo làmviệcđược không.
5 Bật công tắc 8 cho bơm hoạt động.
Tiến hành điều chỉnh lưu lượng bằng cách sử dụng van đầu ra V2, trong khi van hút V1 luôn được giữ mở Để thuận tiện, chúng ta sẽ dựa vào các chỉ số trên áp kế để điều chỉnh lưu lượng cho từng chế độ làm việc.
Lần 1: Điều chỉnh van V2 cho lun lượng kế chỉ 10 lít/phút.
Lần2: Điều chỉnh van V2 cho lưulượngkếchỉ 15 lít/phút.
Lần 3: Điều chỉnh van V2 cho lưulượngkếchỉ 20 lít/phút.
7 Kết thúc thínghiệm: tắt bơm, vệ sinh sạchsẽ khuvựcthí nghiệm.
Lưu ý: Đo lưu lượng trong 5 phút trước khi thay đổi lưu lượng để thực hiện đo lường tiếp theo Thí nghiệm cần được thực hiện ở hiệu điện thế không đổi.
Ghi các sốliệuthínghiệm vào bảngsaurồi báo cáo với ngườihướng dẫn:
STT Q (l/phút) Pak (kg/cm2) Pck(cmHg)
1.5 Tính toán và nhận xét kết quả thí nghiệm
Tỉnh toánkếtquả: Áp suất toàn phầncủabơm: p +P
Pak- áp suấtdưở ống đẩy,Pa;
Pck-độchân khôngở ống hút,Pa; h-khoảng cách thắng đứng giữa hai vị trí đặt áp kế và chânkhông kế, h = 0,22 m; p - khối lượngriêng của nước, p = 1 g/ml = 1000kg/m3; g - giatốctrọng trường, g=9,8 m/s2.
Vẽ đường đặc tỉnh chính H = f(Q) của bơm và nhận xét kết quả thỉ nghiệm.
1 Bơmly tâm có cấutạo như thếnào?
2 Thế nào là đặc tuyến của bơm ly tâm? Đặc tuyến mạng ống Ý nghĩa điểm làm việc cùa bơm ly tâm?
3 Đặc tuyến của bơm ly tâm thay đổi như thế nào khi thay đổi số vòng quaycủa bơm?
BÀI 2 MÁY LỌC KHUNG BẢN
1 Nắm được cấutạovànguyên lý làmviệc của máy lọc khungbản.
2 Làm quen với cách làm việc của máy lọckhungbản.
Lọc là quá trình phân tách huyền phù thành nước lọc và cặn bã Để chất lỏng di chuyển qua lớp bã và lớp vải lọc, cần tạo ra chênh lệch áp suất ở hai bên vách ngăn bề mặt lọc Hiện nay, có nhiều phương pháp được sử dụng để tạo chênh lệch áp suất này giữa vách ngăn, bao gồm lớp vải lọc và lớp bã hình thành trên bề mặt vải lọc.
- Hút chân khôngởmột bên bề mặt lọc.
- Nén huyền phù bằng áp suất do máy bom hay máy nén tạo ra hoặc dùng cột chất long.
Năng suất của máy lọc phụ thuộc vào chế độ lọc như áp suất và nhiệt độ, cũng như đặc trưng của vật ngăn (vải lọc) và tính chất lý-hóa của bã.
Chất lỏng chuyển động qua lóp bã, lóp vải lọc với tốc độ rất nhỏ và theo Poa-zen,quá trìnhlọccó thểtuân theo phưong trìnhsau đây:
Trong đó: AP -hiệu số áp suất(động lực) của quátrình lọc,N/m2; p - độ nhớt của huyền phù, N.s/m2; l - chiều dàiđuờng ống maoquản,m; d - đường kính ốngmao quản, m;
V -tốcđộ chấtlỏng trong ống mao quản, m/s.
Lượng nước lọc trong thu được trong thời gian làm việc t của máy lọc bằng:
Trong đó: F- diện tích bề mặtlọc,m2;
Năng suất lọc V được xác định cho mỗi đơn vị bề mặt lọc, tính bằng £/m² Để đơn giản hóa quá trình tính toán, người ta thường sử dụng năng suất lọc của một mét vuông bề mặt lọc V, và phương trình lọc có thể được biểu diễn theo công thức: \$dV = AP dĩ\$.
Ri là trở lực của quá trình lọc bao gồm trở lực của bã Rbvà trở lực của vải Rv:
Trở lựccủa lớp bã: Rb = K’.v.
Trở lực của lóp vải: Rv = K’.Vo.
Trong đó: K’ -hệ số tỷ lệ;
Vo-lượng nước lọcđi qua máy lọc để tạo lóp bã cótrở lực bằng trở lực lóp vải lọc.
Từ phương trình (2.3) và (2.5) ta có thế viết được phương trình lọc dướidạng sau đây:
K’ - hằng số lọc đặctrưng cho trở lực của lớp bã;
K và Vota có khả năng xác định bề mặt vải lọc cần thiết dựa trên năng suất lọc Tuy nhiên, các hằng số lọc này rất phức tạp và chỉ có thể được xác định thông qua phương pháp thực nghiệm.
Sau khi vi phânphương trình(2.6) theo V ta códạng: dT 2V 2V0 dv” K + K
Phương trình(2.7) là phương trìnhđường thẳngcógóc nghiêng so với trục nằm ngang là ơ mà tgơ= 2/K và cắt trục tung tại một điểm có tung độ
Hằng số lọc K và Vo được xác định thông qua thí nghiệm lọc với hiệu áp suất không đổi Công thức tính B là \$B = \frac{2V_o}{K}\$ Đại lượng At và AV đại diện cho gia số của thời gian lọc và thể tích nước lọc.
Trong quá trình lọc, sau thời gian làmviệc TI, T2, T3, , Tn,ta thuđược lượng nước lọc tương ứng: V1, V2, V3, , Vn.
Gia số Ati = Tl, AT2 = T2 - ti, At3 = T3 - T2, , ATìi = Tn - Tn-1
AV1 = Vl, AV2 =v2-Vl, AV3 = v3 - v2, , AVn = Vn- Vn-1
Tính tỷ lệ: Aĩị Ar2 ATn ÃỸ/ÃK’■■■■’ÃÃT
AVnTrên trục hoành lấy các giá trị Vi, V2, V3, , Vn.
Trên trục tung lây các đại lượng tương ứng ——-, —7-, —ỹ-
Vẽ được các đoạn nằm ngang aibi, a2Ò2, a3ồ3, , anbn, qua các điểm giữa của cácđoạn thắng, từđó sẽ xác địnhđượchằng số lọc K vàVo.
Hình 2.1 Đồ thị thực nghiệm xác định hằng số lọc K và Vo
1 Hệ thống máylọckhung bản gồm:
- Bộ phận khung và bảnlọc.
- Ngăn chứa huyền phù,ngăn chứanước sạch.
-Hệthống đường ống và các van.
2.4.1 Sơ đồ hệ thống lọc khung bản
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống máy lọc khung bản
1 Ngăn chứa huyền phù; 2 Bơm; 3 Máy lọc khung bản;
4 Đầu lấy mẫu; 5 Áp kế; 6 Ngăn chứa nước sạch
V1 - Van hút huyền phù; V2 - Van hút nước sạch; V3 - Van hồi
Những thông số đặctrưngcủahệ thống lọc khung bản:
-Áp suất tốiđa: 0,3 at; - Bề mặt lọc đơn: 0,026 m2.
- Tổng bềmặt lọc: xácđịnhbằngvải lọcthựctế: 8 X0,026m2.
- Kích thước khung, bản ngoài: 200 X 200mm, trong: 170 X 170 mm. Huyền phù trong ngăn chứa huyền phù 1 được bơm 2 hútqua van hút
Máy lọc khung bản
1 Nắm được cấutạovànguyên lý làmviệc của máy lọc khungbản.
2 Làm quen với cách làm việc của máy lọckhungbản.
Lọc là quá trình tách huyền phù thành nước lọc và cặn bã Để chất lỏng di chuyển qua lớp bã và lớp vải lọc, cần tạo ra chênh lệch áp suất ở hai bên vách ngăn bề mặt lọc Hiện nay, có nhiều phương pháp được sử dụng để tạo chênh lệch áp suất này giữa vách ngăn, bao gồm lớp vải lọc và lớp bã hình thành trên bề mặt vải lọc.
- Hút chân khôngởmột bên bề mặt lọc.
- Nén huyền phù bằng áp suất do máy bom hay máy nén tạo ra hoặc dùng cột chất long.
Năng suất của máy lọc phụ thuộc vào chế độ lọc như áp suất và nhiệt độ, cũng như đặc trưng của vật ngăn (vải lọc) và tính chất lý-hóa của bã.
Chất lỏng chuyển động qua lóp bã, lóp vải lọc với tốc độ rất nhỏ và theo Poa-zen,quá trìnhlọccó thểtuân theo phưong trìnhsau đây:
Trong đó: AP -hiệu số áp suất(động lực) của quátrình lọc,N/m2; p - độ nhớt của huyền phù, N.s/m2; l - chiều dàiđuờng ống maoquản,m; d - đường kính ốngmao quản, m;
V -tốcđộ chấtlỏng trong ống mao quản, m/s.
Lượng nước lọc trong thu được trong thời gian làm việc t của máy lọc bằng:
Trong đó: F- diện tích bề mặtlọc,m2;
Năng suất lọc V được xác định cho mỗi đơn vị bề mặt lọc, tính bằng £/m² Để đơn giản hóa quá trình tính toán, người ta thường sử dụng năng suất lọc của một mét vuông bề mặt lọc V, và phương trình lọc có thể được biểu diễn theo công thức: \[dV = AP \, dĩ\]
Ri là trở lực của quá trình lọc bao gồm trở lực của bã Rbvà trở lực của vải Rv:
Trở lựccủa lớp bã: Rb = K’.v.
Trở lực của lóp vải: Rv = K’.Vo.
Trong đó: K’ -hệ số tỷ lệ;
Vo-lượng nước lọcđi qua máy lọc để tạo lóp bã cótrở lực bằng trở lực lóp vải lọc.
Từ phương trình (2.3) và (2.5) ta có thế viết được phương trình lọc dướidạng sau đây:
K’ - hằng số lọc đặctrưng cho trở lực của lớp bã;
K và Vota có khả năng xác định bề mặt vải lọc cần thiết dựa trên năng suất lọc Tuy nhiên, các hằng số lọc này rất phức tạp và chỉ có thể được xác định thông qua phương pháp thực nghiệm.
Sau khi vi phânphương trình(2.6) theo V ta códạng: dT 2V 2V0 dv” K + K
Phương trình(2.7) là phương trìnhđường thẳngcógóc nghiêng so với trục nằm ngang là ơ mà tgơ= 2/K và cắt trục tung tại một điểm có tung độ
Hằng số lọc K và Vo được xác định thông qua thí nghiệm lọc với hiệu áp suất không đổi Công thức tính B là \$B = \frac{2V_o}{K}\$ Đại lượng At và AV đại diện cho gia số của thời gian lọc và thể tích nước lọc.
Trong quá trình lọc, sau thời gian làmviệc TI, T2, T3, , Tn,ta thuđược lượng nước lọc tương ứng: V1, V2, V3, , Vn.
Gia số Ati = Tl, AT2 = T2 - ti, At3 = T3 - T2, , ATìi = Tn - Tn-1
AV1 = Vl, AV2 =v2-Vl, AV3 = v3 - v2, , AVn = Vn- Vn-1
Tính tỷ lệ: Aĩị Ar2 ATn ÃỸ/ÃK’■■■■’ÃÃT
AVnTrên trục hoành lấy các giá trị Vi, V2, V3, , Vn.
Trên trục tung lây các đại lượng tương ứng ——-, —7-, —ỹ-
Vẽ được các đoạn nằm ngang aibi, a2Ò2, a3ồ3, , anbn, qua các điểm giữa của cácđoạn thắng, từđó sẽ xác địnhđượchằng số lọc K vàVo.
Hình 2.1 Đồ thị thực nghiệm xác định hằng số lọc K và Vo
1 Hệ thống máylọckhung bản gồm:
- Bộ phận khung và bảnlọc.
- Ngăn chứa huyền phù,ngăn chứanước sạch.
-Hệthống đường ống và các van.
2.4.1 Sơ đồ hệ thống lọc khung bản
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống máy lọc khung bản
1 Ngăn chứa huyền phù; 2 Bơm; 3 Máy lọc khung bản;
4 Đầu lấy mẫu; 5 Áp kế; 6 Ngăn chứa nước sạch
V1 - Van hút huyền phù; V2 - Van hút nước sạch; V3 - Van hồi
Những thông số đặctrưngcủahệ thống lọc khung bản:
-Áp suất tốiđa: 0,3 at; - Bề mặt lọc đơn: 0,026 m2.
- Tổng bềmặt lọc: xácđịnhbằngvải lọcthựctế: 8 X0,026m2.
- Kích thước khung, bản ngoài: 200 X 200mm, trong: 170 X 170 mm. Huyền phù trong ngăn chứa huyền phù 1 được bơm 2 hútqua van hút
Bơm vào máy lọc khung bản 3 giúp giữ lại bã lọc trong các khung của máy Nước sẽ đi qua các lớp vải lọc giữa các khung và bản, sau đó được lấy mẫu tại đầu 4 Sử dụng van hồi V3 để tuần hoàn huyền phù về ngăn chứa huyền phù 1, cần khống chế áp lực áp kế trước máy lọc không vượt quá 0,1 at Định kỳ tháo các khung và bản để lấy bã lọc và vệ sinh bề mặt vải lọc.
2.4.3 Thứ tự tiến hành thí nghiệm
1 Quansát vàkiểm tra hệ thống thí nghiệm theosơ đồ.
2 Chuấn bịcácdụng cụđo: ống đong, đồng hồ bấm giây.
3 Pha chế huyền phù theo nồng độ yêu cầu Khuấy đều huyền phù.
4 Khoá van V2,mở hếtcỡ van VI và van V3, sau đó chạy bơm 2.
5 Khoá dần van V3 khốngchế áp suấtở áp kếkhồng quá 0,1 at.
6 Thunước lọc tại đầu thu số 4 Đo lưu lượng bằng ốngđong và thời gian bằng đồng hồ bấm giây Mức lưu lượng tăng dần: 500 ml,
7 Sau khithí nghiệm xong vệ sinhmáy theo trình tựsau:
- Tắt bơm 2, khoá van VI, mở van V2, bật lại bơm 2 (Chú ý ngăn chứa nướcsạch phảicó nước).
- Chạy hệ thống trong thời gian 5 phút để làm sạch bơm, sau đó tắt bơm vàkhóa các van.
- Thay dung dịch huyền phù, tháo khung bản, vải lọc vàvệ sinh theo yêu cầu củacánbộ hướng dẫn.
Ghi số liệu thínghiệmvào bảng sau rồi báo cáo với người hướngdẫn.
STT Thời gianthí nghiệm (phút) Lượng nướclọc Q (L) Áp suất nén
2.5 Tính toán và nhận xét kết quả thí nghiệm
Lượng nước lọc ứng với đơn vị bề mặt lọc: y =^,€/m2
Vi -lượngnướclọcthu đượcứng với mộtđơn vị bề mặt ở thí nghiệm thứi;
Qi -tống lượng nước lọc thuđược trongthí nghiệm thứ i ứng vớithời gian ti; i-là số thứtựthí nghiệm,i= 1 - 10;
F - diện tích bề mặt lọc, m2.
Vậy vi phâncủathể tích nước lọc là: AV = V(i+1) - Vi.
Tỉnh toán kết quả, vẽ đồ thị xác định Vo và K và nhận xét kết quả thí nghiệm.
1 Động lực của quá trìnhlọc là gì?
2 Cấutạo và nguyên tắc làmviệccủa máy lọckhungbản?
3 Năngsuất của máy lọc phụthuộc các yếu tố nào?
4 Thế nào là hằng số của phương trình lọc?Cách xác định các hằng số đo bằngthực nghiệm?
HỆ THỐNG TRAO ĐÔI NHIỆT ỐNG LÒNG ÓNG
1 Làm quen với hệ thống thiết bịthí nghiệm trao đốinhiệtống lồng ống.
2 Tính hệ số truyền nhiệt trong trường họp hai lưu thế chuyến động xuôi chiều và ngược chiều.
3 Nhận xét, so sánh và chọn chiềulưuthế.
Trong các tính toán liên quan đến quá trình truyền nhiệt và chuyển khối, việc xác định hệ số truyền nhiệt và lựa chọn chiều chuyển động của lưu chất có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả hoạt động của thiết bị.
Hình 3.1 Ảnh hưởng của chiều lưu thể đến hiệu quả truyền nhiệt
Thông qua thí nghiệm, các công thức thực nghiệm đã được phát triển để tính toán hệ số cấp nhiệt của các chất trong những trường hợp cụ thể Giá trị của hệ số cấp nhiệt phụ thuộc nhiều vào chế độ chuyển động của lưu thể, thường tăng theo hàm mũ của số Reynolds trong chế độ chuyển động rối.
Hệthống trao đối nhiệt ống lồng ống gồm:
3.4.1 Sơ đồ hệ thống trao đổi nhiệt ống lồng ống
Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống trao đổi nhiệt ống lồng ống
1 Chân đế; 2 Khung; 3 Bảng; 4 Nhiệt kế; 5 vỏ bảo ôn; 6 Lớp bảo ôn;
7 Ống nước lạnh; 8 ồng nước nóng; 9 ồng lồng ngoài; 10 Điều khiển que đốt;
11 Điều khiển bơm; 12 Lưu lượng kế lạnh; 13 Lưu lượng kế nóng; 14 Đai giữ
Lưu chất trong thùng gia nhiệt được đun nóng đến nhiệt độ nhất định và sau đó được bơm vào ống truyền nhiệt (ống trong 8) Một phần của lưu chất sẽ hồi lưu lại thùng gia nhiệt, cho phép điều chỉnh lưu lượng dòng một cách linh hoạt.
Lưu thể lạnh được dẫn qua ống lồng ngoài 9, nơi diễn ra quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng nóng và dòng lạnh qua thành ống Nhiệt độ của cả hai dòng được đo bằng các nhiệt kế, trong khi lưu lượng dòng được xác định bằng lưu lượng kế 12 và 13.
Hệ thống vanđược thiết kế để có thể đổi chiều chuyển động của các lưuthể nóng hoặc lạnh chảy trong các ống truyền nhiệt.
3.4.3 Thứ tự tiến hành thí nghiệm
Trong bài này sinhviên lầnlượt phải làm thí nghiệmđếxácđịnhhệ số trưyền nhiệt khihai lưuthể chuyển động cùng chiều và ngược chiềư.
Trình tựthí nghiệm tiến hành như sau:
1 Quan sát, tìm hiếu vàkiếm trasơ đồ hệ thống thiết bị.
Kiểm tra mức nước trong thùng gia nhiệt là rất quan trọng; nếu thùng chưa có nước hoặc mực nước thấp, cần phải bổ sung nước cho đến khi đạt khoảng một nửa can nhiệt Sau đó, lắp ống cấp nước từ phòng thí nghiệm vào đầu nước của hệ thống.
3 Mở tủ điện,đóng áptomatđiện.
4 Đóng cửa tủ điện, Bật gia nhiệt để đun nóng nước trong thùng, mở các van ống nước nóng đồng thờibật công tắc cho bơm làmviệc.
5 Đen khi nước trongthùng đạt khoảng45 - 50°Cthì mở van nướclạnh.
6 Điều chỉnh cácvan sao cho hai lưuthể chuyến động cùng chiều.
7 Đợi cho nhiệt độ tại các nhiệt kế ổn định đọc các chỉ số trên nhiệt kế và lưu lượng kếghivào bảng số liệu.
Điều chỉnh lưu lượng các dòng theo lưu lượng kế 12 và 13, sau đó ghi lại số liệu cho thí nghiệm lần thứ hai khi chỉ số các nhiệt kế đã ổn định Thực hiện thí nghiệm tổng cộng 5 lần.
9 Điều chỉnh van sao cho hai lưu thể chuyển động ngược chiều rồi tiến hành tương tựtrườnghọp xuôi chiều.
10 Kết thúc thí nghiệm Tắt gia nhiệt, chờ nhiệt độ xuống 35°c sau đó
Tắt bơm, cuối cùng ngắt áptomat trong tủ điện, đóng van nước lạnh Dọn dẹp, lauchùi khô ráo nơithí nghiệmtrước khi ra về.
Ghi kết quả thí nghiệm vào bảng sau rồi báo cáo số liệu với cán bộ hướng dẫn:
Chiều lưu thê số lần đo
Lưu lượng lưu thể lạnh V1 (l/ph)
Lưu lượng lưu thể nóng V2(ỉ/ph)
Nhiệtđộ đầu của nước nóng, °C
Nhiệt độ cuối của nước nóng, °C
Nhiệtđộ đầu của nước lạnh, °C
Nhiệt độ cuối của nước lạnh, °C
3.5 Tính toán và nhận xét kết quả thí nghiệm
Vận tốc lưuthể chảy trong khoảngkhông gian giữa hai ống:
Vận tốc lưuthể chảy trongống nhỏ: w2 = —V—,m/s 0,785.d;
Trong đó: Vi, V2 - lưu lượng lưu thể đo được ở dòng lạnh và dòng nóng, m3/s;
Dtr- đường kính trong của ống dẫnlớn, Dtr= 0,030 m; dn- đường kính ngoài củaống dẫn nhỏ, dn = 0,021 m; dtr- đườngkínhtrong của ống dẫn nhỏ, dtr= 0,019 m.
Chuẩn số Reynolds dòng nguội:
Re = P-DtdằW1 (3.2) p Chuẩn số Reynolds dòngnóng:
Re = P-dtr-W2 (3.3) p Trong đó: Dtđ-đường kính tương đương củaốngdẫn;
Các đại lượng độ nhớt Ị1 (Ns/m2) và khối lượng riêng p (kg/m3) lấy theo nhiệt độ trung bình của mỗi dòng (theosô tay hóa công).
3 Tính nhiệt lượng Q truyềngiữa hai lưu thêvà hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thế:
Nhiệt lượng Q truyền giữa hai lưuthể:
Trong đó: G-lưu lượngdòng nóng, kg/s; c - nhiệtdungriêng của lưuthể, J/kg.độ; ti, t2 - nhiệt độ đầu và cuối củadòngnóng, °C.
Hiệusố nhiệt độ trung bình giữa hai lưuthể:
At = ^id ^c_ hoặc Attb =Atd + Atc
Trong đó: Atd, Atc- hiệu so nhiệt độ của hai lưu thể tại điểm đầu và điểmcuối.
4 Tỉnhhệsố truyền nhiệt của thiếtbị:
Hệ số truyềnnhiệtcủa thiết bị:
Trong đó: F-bề mặt truyềnnhiệtcủa thiết bị, F=0,051 m2.
Bảng kết quả tỉnh toán:
Lưu lượng lưu thê nguội
Lưu lượng lưu thê nóng V2 (m3/s)
Nhiệt lượng truyền giữa 2 lưu thê
Hiệu số nhiệt độ trung bình Attb (°C)
Chuân sốRey nolds dòng lạnh
Chuần số Rey nolds dòng nóng
Nhận xét kết quả thỉ nghiệm
1 Thế nào là dẫn nhiệt, cấp nhiệt(đối lưu nhiệt) và bức xạ nhiệt?
2 Phân loại các kiểu chuyển động củahai lưuthể?
3 Định nghĩa hệ số truyền nhiệt, hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưuthể?
4 Nêucách xácđịnh nhiệt độ trung bình của tườngvàcủa chất tảinhiệt?
5 Thế nào là bán kính thủy lực và đườngkính tương đương?
1 Làm quen với hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp có ống chảy truyền.
2 Nghiên cứu chế độ làm việc của tháp,tính cân bằng vật liệu và nhiệt lượng trong tháp.
3 Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết) và hiệu suất củatháp.
4.2 Cơ sở lý thuyết a) Khái niệm chưng luyện
Chưng luyện là quá trình tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa trên cơ sởđộ bayhơikhác nhau của các cấutử trong hỗn hợp.
Quá trình chưng luyện diễn ra trong các thiết bị tháp đĩa và tháp đệm, nơi hơi từ dưới lên tiếp xúc với chất lỏng chảy từ trên xuống Trong pha hơi, cấu tử khó bay hơi sẽ ngưng tụ, giải phóng nhiệt và làm bay hơi một lượng cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng Qua nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ, pha hơi sẽ giàu cấu tử dễ bay hơi, trong khi pha lỏng sẽ giàu cấu tử khó bay hơi Với chiều cao tháp thích hợp, sản phẩm ở đỉnh tháp sẽ có nồng độ cấu tử dễ bay hơi cao, trong khi ở đáy tháp sẽ chứa nhiều cấu tử khó bay hơi Nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp, tương ứng với sự thay đổi nhiệt độ sôi.
Cânbằngvật liệu của tháp:F.x p =W.Xw + P.xp
Trong đó: F - lượng hỗnhọp đầucho vào tháp, kg/s; w - lượng sản phâm đáy, kg/s; p-lượng sản phâm đỉnh, kg/s;
XF, Xw, XP - nồng độ phần khối lượng củacấutử dễ bayhơi trong hỗnhọp đầu, đáy và đỉnhtháp. c) Cân băng nhiệtlượng củatháp
Chấp nhận nhiệt độ mất mát do môi trường xung quanh bằng 5% lượng nhiệtđưa vào đáy tháp.
Vậy lượng nhiệtcần thiết đưa vào đáy tháp là:
Q = (Rx+ l).p.i + W.Cw.tw- F.CF.tF-Gp.Cp.tp + 0,05 Q
J_[ay Ọ — (*x + + W.Cw tw— F.Cf tF—Gx.Cp.tp w y 0,95
Trong đó: i- hàm nhiệtcủahơi, J/kg;
(Rx + 1).p.i-lượngnhiệtdo hơi mangraởđỉnh tháp,W; W.Cw.tw- lượngnhiệtdo sản phẩm đáy mang ra, W;
F.CfIf- lượng nhiệtdohỗn họpđầu mang vào, W;
Gx.Cp.tp- lượngnhiệtdo hồi lưumang vào,W;
Cf, Cw, Cp- nhiệt dung riêng củadung dịch ởđĩa tiếp liệu, đáy vàđỉnh tháp, J/kg.độ.
- Nhiệt dung riêng của dung dịch tính theo côngthức: c = aici +a2C2. Trong đó: ai, a2- phầntrămkhối lượngcủacấutử 1 và cấutử 2;
Cl, C2- nhiệtdungriêng củacấu tử 1 và cấutử 2,J/kg.độ; tF, tw, tp-nhiệtđộ củahỗnhọp đầu vào tháp, của sản phẩm đáy vàđỉnh, K.
- Hàm nhiệtcủa hơi tratrong số tay quá trình vàthiết bị.
-Chỉ số hồi lưutính theocồng thức: p v„
Gx - lượng lỏng hồi lưu, kg/s; p -lượng sản phẩmđỉnh, kg/s;
Vx và Vp là lượng lỏng hồi lưu và lượng sản phẩm đỉnh, được đo bằng m3/s, với điều kiện nhiệt độ của sản phẩm đỉnh bằng nhiệt độ hồi lưu Phương trình đường nông độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng là yếu tố quan trọng trong quá trình này.
Phương trình đường nồng độ làmviệc củađoạn luyện:
Phương trình đường nồng độ làmviệc của đoạn chưng:
Rx+1 flx+l w Lượnghỗnhọp đầu tính theo mộtđơn vị của sản phấm đỉnh:
F -lượng sản phẩm đầu, kg/s. e) Xác định so bậcthay đối nồng độ (số đìa lỷthuyết) vàhiệu suất làm việc củatháp
- Xác định số đĩalý thuyết:
+ Vẽ đường cong cân bằng lỏng - hơi của hệ (rượu nước) theo số liệu traở sổ tay hóa lý.
+ Vẽ đường nồng độ làm việccủa đoạn luyện và đoạn chưng (chú ý đổinồng độ từ phần khối lượng hay phần thểtích ra phần mol).
Để vẽ đường nồng độ làm việc của đoạn luyện với X [xf; Xp], ta thay giá trị XF vào phương trình đường nồng độ làm việc, từ đó tính được yFi Kết nối điểm có tọa độ (xf, yFi) với điểm (xp, yp) sẽ xác định đường nồng độ làm việc của đoạn luyện Tiếp theo, nối điểm (xf, yFi) với điểm (Xw, yw) để xác định đường nồng độ làm việc của đoạn chưng.
• Vẽđườngnồngđộ làm việc của đoạn chưng với X [xw; xf]: thay giá trị
