Báo cáo thí nghiệm quá trình thiết bị

Cơ chế: - Dung môi thâm nhập vào mao quản của chất rắn - Hòa tan hoặc phản ứng hóa học với các cấu tử cấn tách - Chất hòa tan và dung môi sẽ khuếch tán từ vật rắn vào dung dịch  Các

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

BÀI 1: THÍ NGHIỆM CƠ HỌC THỦY LỰC

BÀI 2: THÍ NGHIỆM TRÍCH LY RẮN LỎNG

BÀI 3: CHƯNG LUYỆN

BÀI 4: THÍ NGHIỆM CÔ ĐẶC

BÀI 5: BƠM LY TÂM

BÀI 6: SẤY ĐỐI LƯU

BÀI 1: THÍ NGHIỆM CƠ HỌC THỦY LỰC

Mục đích thí nghiệm:

Có 2 trang thái chyển động của lưu chất trang thái chảy tầng và trạng thái chảy rối, giữa 2 trạng thái náy có trang thái chảy quá độ Các trang thái này có nhưng tính chất khác hản nhau và nhưng nguyên tắc khác nhau gây ra sử tiêu hao năng lượng của dòng chảy

- Phân biệt hai trạng thái của lưu chất và sư quá độ của trảng thái này sang trạng

thái khác của lưu chất

- Xác định giá trị của Re để dòng chảy tầng, so sanh với kết quả thực nghiệm

Tiến hành thí nghiệm và lấy số liệu

a Sử chảy quá lỗ khi mức chât lỏng chảy ổn định

b Sử chảy quá lỗ khi mức chất lỏng thay đổi

- Thời gian mức chất lỏng chảy từ mức H

T =

√ ∫ √ dH = √

√ =

√ √ = 281(s)

Thời gian đê chất lỏng chảy từ H

T = √

√ -

√ √ =

√ √ -

√ √ = 65 (s)

c Tính chiều xa của dòng nước:

=

=

= 2,55

 Mực chất lỏng thay đổi ảnh hưởng đến thí nghiệm Reynold là

- Khi vận tốc nhỏ dòng mực chuyển động như một sợi chỉ xuyên suốt trong ống vì chất lỏng chuyển động từng lớp song song thì được gọi là chế độ chảy tầng

- Khi tăng vận tốc đến giới hạn nào đó,các lớp chất lỏng bắt đầu có hiện tượng gợn sóng do đó dòng mực cũng bị dao động tương ứng và chế độ này gọi là chảy quá độ

- Tiếp tục tăng vận tốc lưu chất thì các lớp chất lỏng chuyển động theo mọi phương

do đó dòng mực bị hòa trộn hoàn toàn trong lưu chất Trường hợp này goi là chế độ chảy rối

 Các sai số có thể mắc phải trong thí nghiệm Reynolds:

- Sai số về thời gian

- Sai số vì việc quan sát độ cao của mực chất lỏng

 Các sai số có thể mắc phải trong thí nghiện dòng chảy qua lỗ:

- Sai số khi đo các thông số liên quan như mực cao chất lỏng H, H1, đường kính lỗ

d, thời giam T, thể tích V

- Sai số dụng cụ

- Sai số tính toán do làm tròn

BÀI 2: THÍ NGHIỆM TRÍCH LY RẮN LỎNG

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Giúp sinh viên là quen với một trong các phương pháp phân riêng một hỗn hợp chất bằng cách dung một dung môi có tính bão hòa tan chọn lọc đối với một hoặc vài cấu

tử cần thiết tách khỏi hỗn hợp chung

II DỤNG CỤ, HÓA CHẤT, CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Cân chính xác trên cân phân tích một mẫu chè khoảng 2 gam cho vào túi giấy trên và dùng chỉ buộc lại

b Chuẩn bị mẫu trong thiết bị Soxhlet

Đặt bình đun lên bếp bình cầu, trong bình cầu có chứa một lượng ½ bình Lắp bình chiết khớp với miệng bình đun

Đặt bao mẫu vào đáy bình chiết

Lắp ống sinh hàn vào bình chiết

Đặt phễu thủy tinh lên miệng ống sinh hàn

Sau khi trích ly kết thúc lấy giấy lọc chữa mẫu, sấy ddens khối lượng không đổi ở nhiệt độ 100-105 0C

Lấy mẫu ra cho vào bình hút ẩm để nguội và tiến hành cân

III TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

- Lượng mẫu trước trích ly: = 2,242 gam

- Lượng mẫu sau trích ly: = 1,22 gam

- Lượng cấu tử cần tách: G = =2,242 - 1,385 = 0,875 gam

Tỷ lệ cấu tử cần tách: = 100% =

100% = 38,22%

IV TRẢ LỜI CÂU HỎI

 Cơ chế của quá trình trích ly rắn-lỏng: Trích ly là phương pháp dùng một dung môi (đơn hay hỗn hợp) để tách lấy một chất hay một nhóm các chất từ hỗn hợp cần nghiên cứu Cơ chế:

- Dung môi thâm nhập vào mao quản của chất rắn

- Hòa tan hoặc phản ứng hóa học với các cấu tử cấn tách

- Chất hòa tan và dung môi sẽ khuếch tán từ vật rắn vào dung dịch

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly rắn - lỏng: Hình dạng, kích thước, thành phần hóa học chất rắn, cấu trúc bên trong của chất rắn như kích thước, hình dạng, cách sắp xếp của mao quản,…và độ tan của dung môi Các cấu tử hòa tan không hoàn toàn Chất rắn còn tồn tại một số tạp chất cơ học

Bài 3: CHƯNG LUYỆN

I MỤC ĐÍCH

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

Nghiên cứu chế độ làm việc của tháp, tính cân bằng vật liệu và nhiệt lượng

Xác định số bậc thay đổi nồng độ và hiệu suất của tháp

1 Kiểm tra:

- Hệ thống thiết bị thí nghiệm theo sơ đồ

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

2 Chuẩn bị:

- Nguyên liệu đầu có nồng độ 18% thể tích Nạp vào nồi đun đáy sao cho chiều cao mực chất lỏng trong ống thủy đạt 20cm

- Bật công tắc nguồn của hệ thống

- Chạy hệ thống gia nhiệt ở đáy tháp

- Mở van cho nước vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu

3 Khi nhiệt độ đầu ở đỉnh tháp đạt trên 1000C, dung dịch ở trong bình cầu bắt đầu sôi

4 Đợi cho sản phẩm đỉnh xuất hiện (nhiệt độ đỉnh khoảng 800C) thì ta mở van hồi lưu sản phẩm đỉnh ( độ mở van khoảng 50%) Bắt đầu tính thời gian chưng cất

5 Khi tất cả các thông số đã ổn định rồi nên tiến hành đo:

- Lượng sản phẩm đỉnh P cả nồng độ của nó

- Lượng nguyên liệu đầu F và nồng độ của nó

- Nhiệt độ sản phẩm đáy

- Nhiệt độ ở đỉnh , đáy, đĩa tiếp liệu và nhiệt độ đầu vào

- Chiều cao mực chất lỏng trong ống thủy lực bắt đầu và kết thúc

III KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ SÔ LIỆU

1 Kết quả

Nồng độ nguyên liệu đầu: 36%V

Câu 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chưng cất: Nhiệt độ quyết định đến khả năng phân

tách của hỗn hợp Do đó cần chọn nhiệt độ thích hợp để tách được toàn hoàn các cấu tử mong muốn ra khỏi hỗn hợp Nếu nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, các sản phẩm và chất tách loại sẽ hòa lẫn vào nhau, dẫn đến hiệu suất chưng cất thấp

- Nhiệt độ đáy quá thấp sẽ làm cho các cấu tử bay hơi kém, dẫn đến lượng hơi ngưng

tụ ít, hiệu suất thu sản phẩm không cao

- Nhiệt độ đỉnh quá cao thì những cấu tử nặng bị bay hơi lên sẽ bay ra ngoài ngưng tụ làm cho chất lượng sản phẩm giảm

Câu 2: Tính phần chưng và phần cất: Từ số liệu thu được là %V, ta chuyển đổi qua %

khối lượng và tính phần mol

Tính bằng công thức như trên

- Phần chưng có tác dụng tách các cấu tử có nhiệt độ sôi thấp có trong dòng nhập liệu nằm ngay trên nồi đun đáy tháp chưng

- Phần cất có tác dụng tách các cấu tử nặng có lẫn trong các cấu tử nhẹ bay lên trên nằm ngay trên phần chưng

Câu 3: Áp suất làm việc của hệ thống là bao nhiêu? Tại sao biết? Áp suất làm việc của hệ

thống là áp suất thường ( khí quyển) Vì trong hệ thống không có thiết bị tăng áp hay giảm áp

BÀI 4: THÍ NGHIỆM CÔ ĐẶC

I MỞ ĐẦU

Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi ở nhiệt độ sôi của dung dịch nhằm mục đích:

- Làm tang nồng độ chất tan

- Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể

- Thu dung môi nguyên chất

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

- Đánh giá trình hoạt động cô đặc gián đoạn và liên tục

III CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC

- Cô đặc một nồi làm việc gián đoạn:

Dung dịch cho vào một lần rồi cho bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bị giảm dần cho đến khi nồng độ đạt yêu cầu

Dung dịch cho vào ở mức ổn định, cho bốc hơi đồng thời bổ sung dung dịch mới liên tục vào để giữ chất lỏng không đổi cho đến khi nồng độ đjat yêu cầu, sau đó tháo dung dịch ra làm sản phẩm và thực hiện một mẻ mới

- Cô đặc một nồi liên tục: Dung dịch cho vào ở mức nhất định, cho bốc hơi đồng thờ bổ sung dung dịch mới liên tục vào để giữ mức chất lỏng không đổi cho đến khi nồng độ đạt yêu cầu, sau đó tháo liên tục một phần dung dịch ra làm sản phẩm, đồng thời luôn bổ sung một lượng dung dịch mới vào thiết bị

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN

Sđ Sc

Xđ (%kl)

Xc (%kl) T P Phơi Wnước ngưng Nạp

liệu

lần 1

20,5 (ml)

V TRẢ LỜI CÂU HỎI

a Giải thích tại sao nhiệt độ sôi của dung dịch ở 2 nồi khác nhau?

 Vì có bơm chân không : ở nồi 2: nhiệt độ sôi sẽ giảm xuống

 Hơi thứ của nồi 1 lại cấp nhiệt cho nồi 2

b Hơi thứ của nồi thứ nhất đóng vai trò gì?

 Cấp nhiệt cho nồi thứ hai

c Tác nhân cấp nhiệt cho buồng đốt của 2 nồi là gì? Nhiệt độ bao nhiêu

 Tác nhân cấp nhiệt cho buồng đốt của 2 nồi là hơi bão hòa

 >180oc : dùng hơi quá nhiệt

 <180oc : dùng hơi bảo hòa

d Giải thích cơ chế của quá trình cô đặc: Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm vào thiết bị cô đặc thực hiện quá trình bốc hơi Dung dịch sau khi cô đặc được bơm ra ở phía dưới thiết bị cô đặc đi vào bể chứa sản phẩm Hơi thứ và khí không ngưng đi ra phía trên của thiết bị cô đặc vào thiết bị ngưng tụ Ngưng tụ

thành lỏng chảy ra ngoài bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận tách giọt để lúc này còn mình khí không ngưng tụ được sẽ được bơm chân không hút ra ngoài

e Mô tả lại sơ đồ hệ thống cô đặc: Nước chưa được làm mềm sẽ được đưa vào thiết

bị làm mềm nước (1), sau khi được làm mềm nước sẽ được đưa qua thùng chứa (2), sau đó nước chứa trong thùng sẽ được máy bơm (3) bơm vào nồi hơi (4), nước trong nồi hơi sẽ được đun nóng cho tới khi nước bốc hơi, lượng hơi nước này sẽ được dẫn đến gia nhiệt vào buồng đốt của các nồi cô đặc Tại các nồi cô đặc, dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm vào thiết bị cô đặc thực hiện quá trình bốc hơi Dung dịch sau khi cô đặc được bơm ra ở phía dưới thiết bị cô đặc đi vào bể chứa sản phẩm Hơi thứ và khí không ngưng đi ra phía trên của thiết bị cô đặc vào thiết bị ngưng tụ Ngưng tụ thành lỏng chảy ra ngoài bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận tách giọt để lúc này còn mình khí không ngưng tụ được

sẽ được bơm chân không hút ra ngoài …

BÀI 5 : BƠM LY TÂM

I MỤC ĐÍCH

Khảo sát các thông số của bơm ly tâm bằng thực nghiệm để:

- Xây dựng đặc tuyến của lưu lượng phụ thuộc theo trở lực của hệ

- Xây dựng đặc tuyến của công suất điện tiêu thụ phụ thuộc theo lưu lượng của hệ

- So sánh công suất điện tiêu thụ khi sử dụng và không sử dụng biến tần

II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

n (vòng/phút)

N (KW)

Chế độ INVERTER

STT Q

(l/phút)

P (MPa)

n (vòng/phút)

N (KW)

U (V)

I (A)

Đồ thị 2: Đặc tuyến Q=f(n); N=f(Q) ở chế độ INVERTER

Đồ thị 3: Các đặc tuyến N=f(Q) của 2 chế độ INVERTER và DIRECT

So sánh tiêu hao năng lượng giữa 2 chế độ

Q(m3/s) NDir(kW) NInv(kW) Hiệu suất(%)

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

III NHẬN XÉT VÀ GIẢI THÍCH

Ở chế độ direct:

- Áp suất tỉ lệ nghịch với lưu lượng thể tích đi vào máy bơm

- Công suất tỉ lệ thuận với lưu lượng thể tích đi vào máy bơm

Ở chế độ inverter:

- Công suất tỉ lệ thuận với lưu lượng thể tích đi vào máy bơm

- Lưu lượng tỉ lệ thuận với số vòng quay của máy bơm

Kết luận: Máy bơm sử dụng ở chế độ biến tần ít tiêu hao năng lượng hơn so với sử dụng chế độ trực tiếp (ở cùng một mức công suất)

IV TRẢ LỜI CÂU HỎI

 Các thông số cơ bản của bơm

- Cột áp H

- Năng suất (Lưu lượng lưu chất) Q

- Công suất tiêu thụ N

- Hiệu suất η

- Vòng quay của rotor n

 Các chi tiết cơ bản của bơm ly tâm

 Nguyên lí làm việc của bơm li tâm

- Chất lỏng được hút vào tâm guồng theo phương thẳng góc, rồi vào rãnh giữa các guồng và chuyển động cùng guồng

- Khi đó ở tâm guồng sẽ tạo nên vùng áp suất thấp và chất lỏng theo đường hút sẽ vào tâm guồng

- Dưới tác dụng của lực li tâm,chất lỏng được nhận thêm năng lượng,tăng áp suất và văng ra khỏi guồng theo thân bơm(phần rỗng giữa vỏ và cánh guồng) rồi vào ống đẩy theo phương tiếp tuyến

 Các giả thiết của phương trình Euler: Phương trình Euler xây dựng trên nguyên lý bảo toàn động lượng của Newton phát triển theo trình tự từ phương trình momen làm cơ

sở, sau đó triển khai cột áp từ phương trình moment

 Phương trình Euler: Viết công thức, nêu rõ đại lượng và đơn vị

HLT = =

Trong đó:

u1,u2 : Vận tốc dòng lưu chất khi đi vào và đi ra cánh guồng

C1,C2: Vận tốc tuyệt đối của lưu chất đi vào và đi ra cánh guồng

α1,α2: Góc vào và góc ra của lưu chất(góc giữa u và C)

C1u,C2u: Vận tốc tiếp tuyến (hình chiếu của C trên u)

w1,w2: Vận tốc tương đối của chất lỏng đi vào cửa hút và đi ra cửa đẩy

 Hiện tượng xâm thực: Ở một nhiệt độ nào đó, khi áp suất trong chất lỏng bằng áp suất bốc hơi thì chất lỏng sẽ sôi tạo nhiều bọt khí trong dòng chảy Các bọt khí này sẽ bị dòng chảy cuốn vào những vùng có áp suất lớn hơn (p>pbh) sẽ ngưng tụ thành các giọt nước

có thể tích nhỏ hơn nhiều so với thể tích của bọt khí Khi đó dòng chảy sẽ hình thành những khoảng trống cục bộ thu hút các phần tử xung quanh xô tới với vận tốc lớn làm áp suất tại đó tăng đột ngột lên rất cao làm rỗ bề mặt kim loại, phá hỏng các bộ phận làm việc của máy Hiện tượng này gọi là hiện tượng xâm thực, thường xảy ra ở các máy thủy lực có áp suất nhỏ và nhiệt độ cao

 Tác hại của hiên tượng xâm thực, khắc phục:

- Khi xảy ra hiện tượng xâm thực trong bơm thường có tiếng ồn và tiếng kêu lách tách ở phía trong, gây ra rung động bơm

- Để khai thác bơm được lâu dài cần phải đưa ra các điều kiện để loại bỏ hiện tượng xâm thực Để đảm bảo điều đó thì áp suất trên cửa vào của bánh công tác phải lớn hơn gía trị áp suất mà tại đó chất lỏng có thể sôi

- Để phòng ngừa sự sụt cột áp do hiện tượng xâm thực gây ra thì bơm cần có một lượng dự trữ cột áp Dh Để nâng cao chất lượng chống xâm thực nhằm nâng cao chiều cao hút của bơm cần phải thực hiện các yêu cầu sau: Các mép cánh dẫn ở lối vào phải vê tròn và dát mỏng, phần lối dẫn vào bánh công tác phải được làm nhẵn bóng và có hình dạng thích hợp

- Khi xảy ra hiện tượng xâm thực dữ dội sẽ làm giảm cột áp và hiệu suất của bơm

 Cách xây dựng đường đặc tuyến của bơm: Thay đổi độ mở van của van chắn trên đường ống đẩy, ghi nhận sự thay đổi Q, H, N và tính tương ứng với từng n Đường cong đặc tuyến của bơm: đồ thị biểu diễn các mối quan hệ Q-N, Q-h, Q-η

 Ưu điểm, nhược điểm của bơm ly tâm

- Ưu diểm:

Tạo được lưu lượng đều,đáp ứng yêu cầu kĩ thuật

Số vòng quay lớn,có thể truyền động trực tiếp từ động cơ điện

Cấu tạo đơn giản,gọn,chiếm ít diện tích xây dựng mà không cần kết cấu nền móng vững chắc → giá thành chế tạo, lắp đặt và vận hành thấp

Có thể dùng để bơm chất lỏng bẩn (khe hở giữa cánh guồng và thân bơm tương đối lớn và không có van - bộ phận dễ bi hỏng và tắc do gây bẩn gây ra)

Có năng suất lớn và áp suất tương đối nhỏ nên phù hợp với phần lớn các quá trình

- Nhược điểm:

Hiệu suất thấp hơn bơm pittong từ 10-15%

Khả năng tự hút kém nên trước khi bơm phải mồi đầy chất lỏng cho bơm hay ống hút khi bơm dặt cao hơn bể chứa

Khi tăng áp suất thì năng suất giảm mạnh so với thiết kế → hiệu suất giảm

 Các sai số thường mắc phải

- Sai số ngẫu nhiên

- Sai số hệ thống

 Phương pháp để giảm sai số: Tiến hành đo và lấy số liệu nhiều lần để giảm sai số

 Các thông số tính toán trong bải thí nghiệm được tính theo thực nghiệm

BÀI 6 : SẤY ĐỐI LƯU

I MỤC ĐÍCH

- Xây dựng đường cong xấy và đường cong tốc độ sấy

- Xác định các giá trị: tốc độ sấy đặng tốc, độ âm cân bằng, thời gian sấy đặng tốc

và giảm tốc

- Đánh giá sai số trong quá trình sấy

- Khảo sát ảnh hượng của các yếu tố: nhiệt độ, vận tốc tác nhân sấy đên tốc độ sấy

của các vật liệu sấy khác nhau

II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

- Khối lượng vật liệu khô: G0 = 39 (g)

- Khối lượng vật liệu ẩm: G1 = 64.1 (g)

- Vật liệu sấy: giấy ẩm

- Chế độ sấy: II

- Nhiệt độ sấy: 550C

- Tốc độ quạt cấp: cao

- Tách ẩm: có

- Khối lượng vật liệu khô: G0 = 39 (g)

- Khối lượng vật liệu ẩm: G1 = 64.1 (g)

Bảng 1: Số liệu thô