Trong giai đoạn này lượng ẩm tách ra không đáng kể, độ ẩm vật liệu giảm không nhiềuvà tốc độ sấy nhanh lên với tốc độ cực đại N.. Tòan bộ lượng nhiệt cung cấp để bốc hơi ẩm bề mặt ẩm tự
SẤY ĐỐI LƯU
Ghi nhận Số liệu và xử lý
Bảng 1: Số liệu thu được sấy đối lưu ở 50 ℃
Bảng 2: Bảng xử lí số liệu ở 50 ℃
Bảng 3: Số liệu thu được sấy đối lưu ở 60 ℃
Bảng 4: Bảng xử lí số liệu ở 60 ℃ ST
Diện tích của bề mặt giấy lọc là (chiều dài khăn là 69 cm, chiều rộng khăn là 30 cm).
Cường độ ẩm (là khả năng bay hơi của đồ ẩm từ bề mặt thoáng)
Ta có: B = 760mmHg am = 0,0229 + 0,0174.Vk = 0,0229 + 0,0174.1,6 = 0,05074 (kg/m 2 h.mmHg) Tốc độ sấy đẳng tốc là:
Ndt = 100.Jm.F/Go= 100 0,52.0,828/0,024 = 1794 (%/h) Độ ẩm tới hạn:
Thời gian sấy đẳng tốc:
T = W 1−Wth Ndt = 62 ,50−37 1794 , 72 = 0,0138 Thời gian sấy giảm tốc:
T2 = Wt h Ndt − Wc ln Wcuoi−Wc Wt h − Wc = 37 1794 , 72 − 3 ln 37 16 , , 72 67−3 − 3 = 0,0180 Thời gian tổng cộng sấy gần đúng :
Hình 1: Đồ thị thực nghiệm đường cong sấy (W-t)
Hình 2: Đồ thị thực nghiệm đường cong tốc độ sấy (N-W)
Hình 3: Đồ thị thực nghiệm đường cong sấy (W-t)
Hình 4: Đồ thị thực nghiệm đường cong tốc độ sấy (N-W)
Thế nào là truyền nhiệt và truyền ẩm bằng phương pháp đối lưu?
Bảng 5: So sánh truyền nhiệt đối lưu và truyền ẩm đối lưu
Truyền nhiệt đối lưu Truyền ẩm đối lưu
Sự chuyển động của lưu chất do chênh lệch về mật độ (khối lượng riêng) ở các vùng có nhiệt độ khác nhau.
Sự chuyển động của lưu chất do chênh lệch về dộ ẩm.
Các giai đoạn sấy? Có mấy quá trình sấy ?
* Giai đoạn đun nóng vật liệu (AB)
Giai đoạn này diễn ra nhanh chóng với thời gian ngắn và được xem là không đáng kể Toàn bộ nhiệt lượng sinh ra từ dòng tác nhân cấp vào được dùng để nâng nhiệt vật liệu từ nhiệt độ ban đầu θo lên đến nhiệt độ bầu ướt t_w.
Trong giai đoạn này, lượng ẩm tách ra không đáng kể và độ ẩm của vật liệu giảm rất ít, trong khi tốc độ sấy tăng lên nhanh chóng đến mức tối đa (N) Vì đặc điểm này, giai đoạn này thường được bỏ qua trong các tính toán và mô hình hóa quá trình sấy.
* Giai đoạn sấy đẳng tốc (BC)
Trong giai đoạn này, tốc độ khuếch tán ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt nhanh hơn tốc độ bốc hơi ẩm từ bề mặt vật liệu, nên bề mặt vật liệu luôn bảo hòa ẩm.
Toàn bộ lượng nhiệt cung cấp để bốc hơi ẩm bề mặt (ẩm tự do) và bề mặt bốc hơi là mặt ngoài của vật liệu không đổi, nên các thông số sấy liên quan sẽ không đổi: nhiệt độ bề mặt vật liệu và tốc độ sấy; đồng thời độ ẩm của vật liệu sẽ giảm nhanh khi quá trình sấy diễn ra.
Thời gian sấy trong giai đoạn này là (thời gian sấy đẳng tốc ( τ ) được xác định từ:
−dU dτ =N 1 = const ( 23 ) Nên tích phân (23) ta có τ 1 = U 0 −U th
N 1 (24) Với Uth là độ ẩm cuối giai đoạn sấy đẳng tốc.
* Giai đoạn sấy giảm tốc (CD)
Quá trình bốc hơi làm khô hoàn toàn ẩm ở bề mặt, chỉ còn lại ẩm liên kết giữa các thành phần trong vật liệu Khi ẩm bề mặt bị loại bỏ, lớp ẩm liên kết vẫn tồn tại và khiến bề mặt co hẹp lại Điều này đẩy độ ẩm liên kết sâu vào lòng vật liệu, làm thay đổi cấu trúc bên trong và ảnh hưởng đến độ đặc chắc của vật liệu tùy thuộc vào thành phần và điều kiện môi trường.
Tốc độ khuếch tán ẩm trong vật liệu chậm làm giảm tốc độ chung.
Nhiệt độ của vật liệu tăng dần từ nhiệt độ bầu ướt (tư) đến nhiệt độ dòng tác nhân (t) – nhiệt độ bầu khô.
Trong quá trình sấy, vật liệu xuất hiện 3 vùng: ẩm, bốc hơi và khô Ở giai đoạn này, nếu đường cong tốc độ sấy có dạng tuyến tính (hoặc có thể quy đổi sang đường thẳng theo N2 = a x + b) thì ta có thể phân tích để tính thời gian sấy cho giai đoạn giảm tốc Thời gian sấy của giai đoạn này được ký hiệu τ2 và có thể tính bằng công thức τ2 = U_th − U′, trong đó U_th là mức ẩm ngưỡng để sang trạng thái khô và U′ là mức ẩm tại thời điểm phân tích, nhằm tối ưu chu trình sấy và dự báo tổng thời gian sấy.
U 2 −U ' Với U: độ ẩm cân bằng, độ ẩm kết thúc giai đoạn sấy giảm tốc.
Có 4 quá trình sấy: truyền nhiệt cho vật liệu, dẫn ẩm trong lòng vật liệu, chuyển pha và tách ẩm vào môi trường xung quanh.
Kể tên một vài loại thiết bị sấy?
Thiết bị sấy thùng quay, Thiết bị sấy ly tầm, sấy băng tải,…
Các thông số cần đo trong quá trình thí nghiệm?
Khối lượng, nhiệt độ bầu khô, bầu ướt và thời gian.
Đường cong sấy? Đường cong tốc độ sấy?
Đường cong sấy: Là đường cong biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm vật liệu (U) theo thời gian sấy ( τ ).
U = f ( τ ) Đường cong tốc độ sấy: Là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm (hàm ẩm) của vật liệu sấy. dU d ( τ ) = g(U )
Từ hai biểu thức trên ta thấy rõ rằng đường cong tốc độ sấy là đạo hàm của đường cong sấy.
Phương trình cơ bản của động học quá trình sấy?
Theo phương trình truyền ẩm từ vật liệu vào tác nhân sấy: d G a = k p F ( p m − p ) dτ (7)Với: kp: hệ số truyền ẩm trong pha khí kg/m 2 h ∆ p
Pm, p: áp suất của hơi ẩm trên bề mặt vật liệu và trong pha khí, mmHg (at)
Thay Ga=G0U vào (7) và biến đổi ta có: dU dτ = k p F
G 0 ( p m − p )( 8 ) Khi hơi ẩm không bị quá nhiệt (tức t=th) thì biểu thức (5) được biến đổi thành:
( C 0 + C a G G a 0 ) G 0 dθ dτ + r G 0 dU dτ = Fdτ dQ F = qF q: cường độ dòng nhiệt hay mật độ dòng nhiệt Đặt: G G a o
F =R 0 Với: o : khối lượng riêng của vật liệu khô, kg/m 3
Vo: thể tích vật khô, m 3
C: nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm, j/kgđộ
Ro: bán kính qui đổi của vật liệu, m
Khi đó, nếu bỏ qua nhiệt làm quá nhiệt hơi ẩm, ta có: q= p 0 R 0 r dU dτ +C p 0 R 0 dθ dτ = [ 1 + ( C r ) dU dθ ] ( p 0 R 0 r dU dτ ) =(1+Rb)( p 0 R 0 r ) dU dτ (10)
Rb = 1 + (Cr) dU/dθ là chuẩn số Rebinde đặc trưng cho động học quá trình sấy Biểu thức (10) là phương trình cơ bản của động học sấy, cho biết sự biến đổi của độ ẩm vật liệu theo thời gian và được thu được khi giải hệ phương trình vi phân mô tả truyền nhiệt – truyền ẩm trong vật liệu Tuy nhiên, nói chung hệ phương trình này không thể giải bằng các phương pháp giải tích và buộc phải áp dụng các phương pháp giải số hoặc xấp xỉ động học để xác định quỹ đạo độ ẩm và nhiệt của quá trình sấy.
Sấy là gì? Sự khác nhau giữa sấy và cô đặc?
Quá trình sấy là quá trình làm bay hơi nước khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt, khi nhiệt được cung cấp cho vật liệu thông qua dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường ở tần số rất cao Sau khi sấy, khối lượng của vật liệu giảm đi và từ đó tăng liên kết bề mặt, giúp bảo quản hiệu quả hơn.
Sự khác nhau giữa sấy và cô đặc
Bảng 6: Khác nhau giữa sấy và cô đặc
Quá trình tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một phần dung môi ở nhiệt độ sôi được gọi là quá trình chưng cất Trong quá trình này, dung môi tách ra khỏi dung dịch và bay lên ở trạng thái hơi thứ, từ đó làm dung dịch còn lại trở nên cô đặc hơn Hơi thứ có thể được ngưng tụ thành dung môi tinh khiết hoặc thu hồi tùy mục đích, góp phần tối ưu hóa hiệu suất sản xuất Đây là phương pháp phổ biến để cô đặc dung dịch và được ứng dụng rộng rãi trong hóa chất, thực phẩm và dược phẩm.
Sấy đối lưu là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi.
Mục đích + Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch.
+ Tách chất rắn hòa tan ở dạng rắn (kết tinh).
+ Tách dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước).
Làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền, bảo quản tốt.
Phương pháp + Cô đặc ở áp suất khí quyển:
+ Cô đặc ở áp suất chân Không
+ Cô đặc ở áp suất dư
Cả hai quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm đều được thực hiện bằng phương pháp đối lưu
Thời gian sấy của vật liệu?
Thời gian sấy vật liệu được xác định bằng tổng thời gian của ba giai đoạn: đốt nóng τ0, sấy đẳng tốc τ1 và sấy giảm tốc τ2 Vì giai đoạn đốt nóng diễn ra rất nhanh nên có thể bỏ qua khi tính toán thời gian sấy Công thức tính thời gian sấy là τ = τ1 + τ2, và với giả thiết này ta có τ = U0 − Uth.
Với U2 độ ẩm vật liệu cuối quá trình sấy Tương ứng với τ 2 U 2 > U’ và thường được lấy:
CÔ ĐẶC
Ghi nhận số liệu và xử lý
- Thể tích dung dịch đường ban đầu là 15 lít = 0.015 m3
- Nồng độ dung dịch đường ban đầu là xđ=5%
- Khối lượng đường ban đầu: mct=1 kg
- Tính khối lượng dung dịch đường nhập liệu: Gđ = Vđ x đ = 0.015 x 1061.04 = 15.921 kg
đ : khối lượng riêng dung dịch đường nhập liệu ở nhiệt độ phòng, [kg/m 3 ]
Vđ: thể tích dung dịch đường nhập liệu, [m 3 ]
-Lượng nước ngưng thực tế:
W*=thể tích nước ngưng thu được trong quá trình thực nghiệm x khối lượng riêng nước ngưng (995.65 kg/m3), [kg]
- Tính khối lượng sản phẩm theo thời gian:
Gc = Khối lượng dung dịch đường nhập liệu (Gđ) – lượng nước ngưng thực tế (W*), [kg]
.Sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm
- Lượng hơi thứ trong quá trình cô đặc
- Bảo toàn chất khô: Gđ.xđ = Gc.xc
- Nồng độ dịch đường thu được sau quá trình thí nghiệm: + 19.3Bx => xc* = 0.193 (phần khối lượng)
- Sai số nồng độ cuối của quá trình:
- Bảo toàn khối lượng: Gđ = Gc + W
-Sai số lượng nước ngưng thu được trong quá trình cô đặc:
Nhận xét: Chỉ số Bx tăng dần theo thời gian
Nhận xét cho thấy lượng nước ngưng dao động theo thời gian, có lúc tăng có lúc giảm Nguyên nhân là áp lực khí không đủ để đẩy nước từ bình chứa ngưng ra ngoài để đo.
Mục tiêu bài thí nghiệm là gì?
Đoạn này giúp củng cố và làm rõ các kiến thức lý thuyết về quá trình cô đặc nói chung, với sự nhấn mạnh đặc biệt vào quá trình cô đặc chân không bằng nồi gián đoạn Quá trình cô đặc là quá trình tách một dung chất ra khỏi dung môi bằng cách làm bay hơi ở nhiệt độ và áp suất phù hợp, nhằm thu được dung dịch cô đặc có nồng độ mong muốn Khi áp dụng quá trình cô đặc chân không bằng nồi gián đoạn, áp suất thấp làm cho nhiệt độ sôi của dung chất giảm xuống, giúp bảo toàn các chất nhạy cảm với nhiệt độ và tăng hiệu quả thu hồi dung môi Đánh giá các yếu tố vận hành như nhiệt độ, áp suất chân không, thời gian gia nhiệt và thiết kế nồi gián đoạn đóng vai trò quan trọng trong tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng sản phẩm So với các phương pháp khác, quá trình cô đặc chân không một nồi gián đoạn có ưu điểm ở sự kiểm soát nhiệt độ và khả năng vận hành linh hoạt cho các hệ dung dịch dễ phân hủy hoặc có hàm lượng chất bay hơi cao.
- Vận hành được hệ thống cô đặc trong thực tế
- Hiểu biết hơn về các phương pháp và thiết bị đo nhiệt độ, nồng độ, lưu lượng và áp suất trong hệ thống cô đặc thực tế
- Phân tích, đánh giá sai số trong nghiên cứu thực hành.
Khái niệm quá trình cô đặc ? Phân loại, ứng dụng quá trình cô đặc bốc hơi?
Quá trình cô đặc là phương pháp làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách loại bỏ một phần dung môi ở nhiệt độ sôi; phần dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên và hình thành hơi nước Quá trình này giúp tập trung chất tan ở nồng độ cao hơn và được ứng dụng rộng trong sản xuất hóa chất, thực phẩm và dược phẩm, nơi việc điều tiết nhiệt độ sôi và lượng dung môi bay hơi quyết định hiệu quả và năng suất của quá trình cô đặc.
- Phân loại theo thiết bị:
+ Bốc hơi- cô đặc một nồi
+ Bốc hơi- cô đặc nhiều nồi
- Phân loại theo cách thức hoạt động:
- Phân loại theo áp suất làm việc:
+ Bốc hơi ở áp suất thường
+ Bốc hơi ở áp suất cao
+ Bốc hơi ở áp suất chân không
+ Cô đặc ở áp suất khí quyển: là phương pháp đơn giản nhưng không kinh tế
+ Cô đặc ở áp suất chân không: áp dụng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung dịch dễ bị phân hủy bởi nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi của dung dịch (gọi là hiệu số nhiệt độ hữu ích)
Cô đặc ở áp suất dư, tức là ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển, thường được dùng cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao để dùng hơi thứ cấp cho quá trình cô đặc hoặc cho các quá trình đun nóng khác.
Hãy trình bày mục đích của quá trình cô đặc?
- Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch
- Tách chất rắn hòa tan ở dạng rắn (kết tinh).
- Tách dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước).
Hãy nêu các bước chuẩn bị tiến hành thí nghiệm?
- Tìm hiểu hệ thống thiết bị, các van và tác dụng của nó
- Tìm hiểu thiết bị đo nhiệt độ, các vị trí đo và cách điều chỉnh công tắc để đo nhiệt độ
- Tìm hiểu các thiết bị đo nồng độ chất khô (Brix kế)
- Xác định các đại lượng cần đo
- Chuẩn bị dung dịch đường đem đi cô đặc
- Chuẩn bị bảng số liệu thí nghiệm
Độ Brix là gì? Các phương pháp đo nồng độ của dung dịch đường?
- Độ Brix là tổng hàm lượng chất rắn hòa tan trong 100g dung dịch
- Có 2 phương pháp đo nồng độ dung dịch đường:
- Phương pháp 1: sử dụng Brix kế theo nguyên tắc khúc xạ quang học (nồng độ càng lớn góc khúc xạ càng lớn)
- Phương pháp 2: dùng phù kế (tỷ trọng kế) theo nguyên tắc nồng độ càng cao thì lực đẩy càng mạnh.
Hãy nêu các bước tiến hành thí nghiệm?
- Kiểm tra nước an toàn
- Quan sát và tiến hành lấy mẫu
Tính áp suất tuyệt đối dựa vào chỉ số của áp kế?
ρa là áp suất tương đối hay áp suất dư, biểu thị áp suất tại một thời điểm được đo so với mốc tham chiếu là áp suất khí quyển xung quanh Nói cách khác, ρa là chênh lệch giữa áp suất của chất lỏng hoặc chất khí bên trong hệ và áp suất khí quyển môi trường, cho phép đánh giá áp lực so với môi trường xung quanh.
Mô tả thành phần cấu tạo của hệ thống thiết bị cô đặc dùng trong bài thực hành?
Hệ thống cô đặc gồm các thiết bị chính sau:
- Thiết bị ngưng tụ ống xoắn Bình chứa nước ngưng.
- Bơm chân không loại vòng nước
- Áp kế đo độ chân không
- Xô nhựa chứa dung dịch đầu.
Nêu các dạng cấu tạo thiết bị cô đặc khác được sử dụng trong ngành CN thực phẩm?
- Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm
- Thiết bị cô đặc có buồng đốt ngoài kiểu đứng/ nằm ngang
- Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức
- Thiết bị cô đặc loại màng
10.Nêu các thông số cần đo trong bài thực hành?
- Nhiệt độ nước ngoài vỏ
Viết cân bằng năng lượng cho quá trình cô đặc? Theo định luật bảo toàn nhiệt
Q1 = Gđ.cđ.tđ: nhiệt lượng do dung dịch mang vào
Q2 = D.i: nhiệt lượng do hơi đốt mang vào
Q3 = Gc.cc.tc: nhiệt lượng do dung dịch sau cô đặc mang ra
Q4 = W.i’: nhiệt lượng do hơi thứ mang ra
Q5 = D.cn.tn: nhiệt lượng do nước ngưng mang ra
Q6 = Qcđ: nhiệt lượng do quá trình cô đặc
Q7 = Qmt: nhiệt lượng tổn thất ra môi trường
tđ, tc, tn là nhiệt độ của nguyên liệu, sản phẩm và nước ngưng ở đơn vị °C; cđ, cc, cn là nhiệt dung riêng tương ứng của nguyên liệu, sản phẩm và nước ngưng (J/kg·°C); i, i’ là hàm nhiệt trong hơi đốt, hơi thứ (J/kg) Những tham số này được dùng trong tính toán trao đổi nhiệt và cân bằng nhiệt giữa các thành phần của quá trình đốt và ngưng tụ, từ đó ước lượng nhiệt đầu vào và đầu ra và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.
Viết cân bằng vật chất cho quá trình cô đặc?
Phương trình cân bằng vật chất ta có:
Gđ.xđ = Gc xc (theo hàm lượng chất khô trong dung dịch)
Trong đó: Gđ: khối lượng nguyên liệu,[kg]; [kg/s]
Gc : khối lượng sản phẩm, [kg]; [kg/s]
W: lượng hơi thứ, [kg]; [kg/s] xđ: nồng độ % chất khô trong nguyên liệu, [phần khối lượng] xc : nồng độ % chất khô trong sản phẩm, [phần khối lượng]
13.Ưu, nhược điểm của phương pháp cô đặc gián đoạn là gì? Ưu điểm
- Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi
- Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng
- Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau
- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch
- Cấu tạo đơn gỉan, giá thành thấp
- Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian
- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng cho mục đích khác
- Khó giữ được độ chân không trong thiết bị.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ cô đặc?
− Diện tích tiếp xúc giữa sản phẩm và tác nhân gia nhiệt
− Nhiệt độ của quá trình cô đặc trong thiết bị
− Tính chất của sản phẩm
TRUYỀN NHIỆT ( ỐNG CHÙM )
Ghi nhận và xử lý số liệu lý thuyết
Kết quả và bàn luận
Trong hệ thống truyền nhiệt, tổn thất chất và nhiệt phụ thuộc vào thiết kế và điều kiện vận hành Nếu hệ thống không được cách nhiệt hiệu quả hoặc có rò rỉ, sẽ xảy ra mất nhiệt và mất chất lỏng, làm giảm hiệu suất vận hành Thêm vào đó, truyền nhiệt không mong muốn qua các bề mặt có thể dẫn tới tổn thất năng lượng Để giảm thiểu tổn thất, cần tối ưu hóa thiết kế và vận hành, kiểm soát chặt chẽ các yếu tố như cách nhiệt, độ kín của hệ thống và loại bỏ các đường truyền nhiệt không cần thiết.
Khi so sánh thiết bị ống chùm và ống lồng ống, ống lồng ống thường có lượng nhiệt bị tổn thất cao hơn do cấu trúc với bề mặt tiếp xúc lớn giữa hai chất lỏng và khả năng truyền nhiệt qua các ống lồng Điều này mang lại khả năng truyền nhiệt hiệu quả hơn, nhưng đồng thời làm tăng nguy cơ tổn thất nhiệt do nhiệt độ ở các bề mặt bên ngoài cao hơn.
Ngược lại, ống chùm thường có hiệu suất cách nhiệt tốt hơn và ít tổn thất nhiệt hơn, đặc biệt nếu được thiết kế và cách nhiệt phù hợp.
Những sai số thực hành trong hệ thống thiết bị truyền nhiệt vỏ ống xuất phát từ sai số của thiết bị đo nhiệt độ và lưu lượng có thể ảnh hưởng lớn đến kết quả; sự biến đổi của điều kiện môi trường như nhiệt độ và áp suất cũng làm thay đổi hiệu suất truyền nhiệt; và các lỗi trong thiết kế thí nghiệm, cách bố trí cảm biến, vị trí đo cùng phương pháp thử nghiệm có thể gây ra sai số, đòi hỏi hiệu chuẩn thiết bị, chuẩn hóa quy trình và tối ưu hoá bố trí cảm biến để nâng cao tính đáng tin cậy của kết quả.
Do chất lượng vật liệu, đặc tính vật liệu không đồng nhất có thể dẫn đến sai số trong kết quả truyền nhiệt.
* Cách giảm thiểu sai số thực hành
- Sử dụng thiết bị đo chính xác để đảm bảo các thiết bị đo được hiệu chuẩn thường xuyên.
- Tăng cường kỹ thuật đo, sử dụng nhiều điểm đo và phương pháp trung bình để giảm sai số ngẫu nhiên.
- Kiểm soát điều kiện thực nghiệm, đảm bảo rằng các điều kiện môi trường được duy trì ổn định trong suốt quá trình thực nghiệm.
Thực hiện nhiều lần thí nghiệm, lặp lại thí nghiệm và tính toán trung bình để giảm ảnh hưởng của sai số ngẫu nhiên.
*Khả năng khắc phục sai số thực hành
Việc khắc phục hoàn toàn sai số thực hành là rất khó vì luôn tồn tại các yếu tố không thể kiểm soát Tuy nhiên, bằng cách áp dụng các biện pháp đã nêu, sai số có thể được giảm thiểu ở mức tối thiểu và nâng cao độ tin cậy của kết quả thực hành Thực tế, mục tiêu là đạt được độ chính xác và độ tin cậy cao nhất có thể, thay vì mong muốn loại bỏ hoàn toàn sai số, đồng thời tối ưu hóa quy trình đo lường, hiệu chuẩn thiết bị và phân tích sai số hệ thống để nâng cao chất lượng kết quả.
Câu 1: Mục tiêu của bài thí nghiệm
+ Củng cố những kiến thức lý thuyết về quá trình – thiết bị truyển nhiệt
Khám phá và nhận biết các thiết bị truyền nhiệt trong thực tế, nắm vững cách thức truyền nhiệt và nhận diện đặc điểm riêng của từng loại thiết bị Hiểu rõ cơ chế truyền nhiệt diễn ra qua các thiết bị trao đổi nhiệt, bình chứa nhiệt và hệ thống tản nhiệt, từ đó đánh giá được vai trò và ứng dụng của mỗi loại Biết phân biệt và so sánh các thiết bị truyền nhiệt dựa trên các tiêu chí như hiệu suất, lưu lượng, vật liệu, kích thước và chi phí vận hành để chọn giải pháp tối ưu cho từng trường hợp.
+ Biết cách vận hành hệ thống thiết bị, tiến hành thực hành theo các phương pháp được hướng dẫn
Để nâng cao độ chính xác và độ tin cậy trong đo lường, cần hiểu rõ thiết bị đo, phương pháp và cách thức đo các thông số liên quan đến lưu lượng và nhiệt độ, cũng như các đại lượng nhiệt thiết yếu Việc lựa chọn thiết bị đo lưu lượng phù hợp, nắm vững quy trình hiệu chuẩn và thực hiện đo đúng theo các tham số kỹ thuật sẽ đảm bảo dữ liệu phản ánh đúng trạng thái của hệ thống Hiểu nguyên lý hoạt động của các cảm biến, cách hiệu chuẩn, hiệu chỉnh và xử lý tín hiệu giúp tối ưu hóa độ nhạy và độ bền của hệ thống Bên cạnh đó, nắm bắt định nghĩa và đơn vị của các đại lượng nhiệt như nhiệt độ, nhiệt dung và nhiệt lượng sẽ hỗ trợ phân tích và so sánh kết quả một cách có hệ thống Từ đó có thể lên kế hoạch kiểm tra, bảo trì và nâng cao hiệu suất vận hành dựa trên dữ liệu đo lường chính xác và khả tín.
Câu 2: Các thông số cần đo trong thí nghiệm
+ Nhiệt độ chất lỏng dòng nóng vào, ra
+ Nhiệt độ chất lỏng dòng lạnh vào, ra
+ Lưu lượng dòng chảy của dòng nóng, lạnh
Câu 3: Trình tự thí nghiệm
- Kiểm tra nước an toàn
Mở van VL7 để cấp nước cho hệ thống Kiểm tra cấp nước an toàn trong nồi đun bằng van VN1; khi thể tích nước đạt 2/3 dung tích nồi và ở đúng vạch màu đỏ trên ống thủy, dừng cấp nước.
+ Kiểm tra nước đạt 2/3 bồn chứa nước lạnh với thể tích kiểm soát
Trước khi khởi động thiết bị, tiến hành kiểm tra van an toàn Đóng van VL9 để ngừng tuần hoàn nước lạnh về bồn chứa nước lạnh và mở van VL10 để xả dòng nước lạnh sau quá trình trao đổi nhiệt liên tục ra ngoài cống thải.
- Thí nghiệm 1: Khảo sát trao đổi nhiệt liên tục trong thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống Kiểm tra các Valve:
+ VN2, VL2 không thao tác (đã cố định độ mở)
+ VN3, VL3 mở hoàn toàn
+ VN4 mở; VN5, VN6 đóng
+ VL4 mở; VL5, VL6 đóng
+ Mở công tắc bơm nước nóng
+ Chỉnh lưu lượng dòng nóng bằng valve VN3
+ Chú ý: không mở bơm nước lạnh
+ Chỉnh lưu lượng dòng lạnh bằng valve VL3
- Đo 4 giá trị nhiệt độ, đo xong tắt công tắc bơm nước nóng
Thí nghiệm 2: Khảo sát trao đổi nhiệt liên tục trong thiết bị truyền nhiệt ống chùm Kiểm tra các Valve:
+ VN2, VL2 không thao tác (đã cố định độ mở)
+ VN3, VL3 mở hoàn toàn
+ VN5 mở; VN4, VN6 đóng
+ VL5 mở; VL4, VL6 đóng
+ Mở công tắc bơm nước nóng
+ Chỉnh lưu lượng dòng nóng bằng valve VN3
+ Chú ý: không mở bơm nước lạnh
+ Chỉnh lưu lượng dòng lạnh bằng valve VL3 Đo 4 giá trị nhiệt độ, đo xong tắt công tắc bơm nước nóng
- Thí nghiệm 3: Khảo sát trao đổi nhiệt liên tục trong thiết bị truyền nhiệt ống xoắn Kiểm tra các Valve:
+ VN2, VL2 không thao tác (đã cố định độ mở)
+ VN3, VL3 mở hoàn toàn + VN6 mở; VN4, VN5 đóng
+ VL6 mở; VL4, VL5 đóng
+ Mở công tắc bơm nước nóng
+ Chỉnh lưu lượng dòng nóng bằng valve VN3
+ Chú ý: không mở bơm nước lạnh
+ Chỉnh lưu lượng dòng lạnh bằng valve VL3 Đo 4 giá trị nhiệt độ, đo xong tắt công tắc bơm nước nóng
- Thí nghiệm 4: Khảo sát trao đổi nhiệt gián đoạn trong thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống Kiểm tra các Valve:
+ VN2, VL2 không thao tác (đã cố định độ mở)
+ VN3, VL3 mở hoàn toàn
+ VN4 mở; VN5, VN6 đóng
+ VL4 mở; VL5, VL6 đóng
+ Đóng Valve VL10 xả dòng lạnh sau sau khi trao đổi nhiệt liên tục ra ngoài
+ Mở valve VL9 tuần hoàn nước lạnh về bồn chứa nước lạnh
+ Mở công tắc bơm nước nóng, chỉnh lưu lượng dòng nóng bằng valve VN3
Khởi động công tắc bơm nước lạnh và điều chỉnh lưu lượng dòng lạnh bằng valve VL3 Đo 4 giá trị nhiệt độ theo thời gian, mỗi phút đo 1 lần cho đến khi nhiệt độ dòng lạnh đạt 600C Sau khi đo xong, tắt công tắc bơm nước nóng và tắt công tắc bơm nước lạnh.
- Hoàn thành xong sẽ tắt thiết bị, tắt nước
Câu 4: Thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống có phải là thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ ống không?
Thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống là một dạng của thiết bị truyền nhiệt vỏ-ống, được thiết kế để trao đổi nhiệt giữa hai dòng chất riêng biệt Thông thường, các thiết bị vỏ-ống có một vỏ ngoài và nhiều ống bên trong; ngược lại, thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống có cấu tạo gồm một vỏ ngoài và một ống nội duy nhất nằm lọt bên trong vỏ, tạo nên khoang trao đổi nhiệt giữa hai chất lưu Với đặc thù cấu tạo này, ống lồng ống vừa tối giản vừa đảm bảo hiệu suất trao đổi nhiệt phù hợp cho các ứng dụng cần lưu lượng nhỏ và áp suất cao.
Câu 5: Chỉ rõ đường đi của dòng nóng trong hệ thống thiết bị thí nghiệm.
- Dòng nóng từ bồn chứa – gia nhiệt I được bơm cấp II bơm vào đường ống.
- Dòng nóng hoàn lưu theo van 2 trở về nồi đun
Trong quá trình vận hành, khi mở van 3, dòng nóng sẽ đi qua lưu lượng kế III và đồng thời mở các van 4, 5 và 6 tương ứng với các ống; dòng nóng sẽ đi qua các ống A, B1, B2 và được dẫn theo đường ống trở về nồi đun.
Câu 6: Chỉ rõ đường đi của dòng lạnh trong hệ thống thiết bị thí nghiệm
Dòng lạnh trong hệ thống được dẫn từ van 7 qua lưu lượng kế IV theo hướng từ trái sang phải, sau đó đi vào các ống A, B1 và B2 khi lần lượt mở các van 8, 9 và 10 Khi các van tương ứng được mở, dòng lạnh phân phối qua các nhánh A, B1, B2 và cuối cùng được thoát ra khỏi thiết bị để xả ra ngoài.
Câu 7: Ưu nhược điểm của thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống?
+ Thiết bị có hiệu suất trao đổi nhiệt cao
+ Được thiết kế nhỏ gọn
+ Cấu trúc dễ tháo lắp, thuân lợi cho việc vệ sinh
+ Không ảnh hưởng môi trường
Thiết bị này phù hợp cho cả hai lưu chất làm việc ở áp suất cao và cho phép bố trí dòng nóng và dòng lạnh theo xuôi chiều hoặc ngược chiều Đồng thời có thể bố trí các phân đoạn nối tiếp hoặc song song để tối ưu hiệu suất và linh hoạt trong hệ thống.
- Nhược điểm: Bị thất thoát nhiệt
Câu 8: Các phương thức truyền nhiệt cơ bản? Bài này có phương thức nào?
- Các phương thức truyền nhiệt cơ bản:
+ Dẫn nhiệt - Trong bài TN này có 2 phương thức:
+ Đối lưu nhiệt từ dòng nóng đến vách và từ vách đến dòng lạnh
+ Dẫn nhiệt qua thành ống kim loại từ phía dòng nóng sang phía dòng lạnh Giải đáp chi tiết về truyền nhiệt.
Câu 9: Vẽ và giải thích sơ đồ cơ chế truyền nhiệt giữa 2 lưu chất qua vách ngăn ở thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống
Cơ chế truyền nhiệt qua vách ngăn ống gồm ba giai đoạn: đối lưu từ lưu chất nóng đến bề mặt bên trong của vách ngăn ống; dẫn nhiệt qua lớp vật liệu ống từ bề mặt trong sang bề mặt ngoài của vách ngăn; và cuối cùng đối lưu từ bề mặt ngoài của ống đến lưu chất lạnh để hoàn tất quá trình truyền nhiệt.
Câu 10: Viết phương trình cân bằng nhiệt lượng Giải thích các thông số và cho biết đơn vị đo của chúng
Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất trong thiết bị:
Giải thích các thông số:
- Q: Nhiệt lượng trao đổi giữa hai lưu chất (đơn vị: W hoặc J/s)
- G1, G2: Lưu lượng khối của dòng nóng và dòng lạnh, tức là lượng lưu chất đi qua thiết bị trong một đơn vị thời gian (đơn vị: kg/s)
- C1, C2: Nhiệt dung riờng của dũng núng và dũng lạnh (đơn vị: J/kgãK)
- tv1, tR1: Nhiệt độ vào và ra của dòng nóng (đơn vị: °C hoặc K)
- tv2, tR2: Nhiệt độ vào và ra của dòng lạnh (đơn vị: °C hoặc K).
KL hay hệ số truyền nhiệt dài đại diện cho khả năng truyền nhiệt của thiết bị trên mỗi đơn vị chiều dài theo hướng dòng chảy, qua nhiều lớp vật liệu ngăn cách giữa hai lưu chất Trong công thức vi phân, dQ/dx = KL ΔT_lm(x), với dQ/dx là lượng nhiệt truyền qua mỗi mét chiều dài, KL có đơn vị W/(m·K) và ΔT_lm(x) là hiệu nhiệt độ giữa hai dòng lưu chất được lấy theo log mean giữa hai đầu x; khi KL không đổi trên toàn chiều dài, tổng lượng nhiệt Q truyền được qua toàn bộ chiều dài L là Q = ∫0^L KL ΔT_lm(x) dx; nếu ΔT_lm được xem là xấp xỉ không đổi, ta có Q ≈ KL ΔT_lm × L và KL = (dQ/dx) / ΔT_lm Ý nghĩa vật lý: KL càng lớn thì khả năng truyền nhiệt của hệ thống càng cao, tức thiết bị trao đổi nhiệt có khả năng truyền nhiệt tốt hơn giữa lưu chất nóng và lạnh KL được dùng trong thiết kế và phân tích trao đổi nhiệt, ống dẫn và các hệ thống mà dòng chảy xuyên qua nhiều lớp vật liệu ngăn cách giữa hai dòng lưu chất.
Giải thích các thông số:
- α1, α2: Hệ số cấp nhiệt của lưu chất núng và lạnh (đơn vị: W/(m²ãK))
- dng, dtr: Đường kính ngoài và trong của vách ngăn, tiếp xúc với lưu chất lạnh và nóng (đơn vị: m)
- λ: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm vỏch ngăn (đơn vị: W/(mãK))
Câu 12: Viết phương trình truyền nhiệt? Giải thích các thông số và cho biết đơn vị đo của chúng
Phương trình truyền nhiệt qua trường hình trụ nhiều lớp
Kl - Hệ số truyền nhiệt của 1m chiều dài ống, (W/m.K)
Hệ số truyền nhiệt Kl đối với tường hình trụ có n lớp xác định
Câu 13: Trình bày ảnh hưởng của chế độ chảy đến quá trình truyền nhiệt? Giải thích
Chế độ chảy (chảy tầng hay chảy rối) có ảnh hưởng lớn đến hệ số truyền nhiệt:
CỘT CHÊM
Xử lý số liệu
Các đồ thị theo yêu cầu của bài thí nghiệm:
Kết luận và các lỗi sai
2.1 Kết luận Đối với cột khô: Kết quả cho ta thấy, lưu lượng khối lượng G càng tăng thì độ giảm áp cũng tăng theo Vì khi không có dòng lỏng thì dòng khí chuyển động giữa các khoảng trống dễ dàng và vận tốc tăng dần Đối với cột ướt: Khi có dòng lỏng chảy ngược chiều thì các khoảng trống bị thu hẹp lại, dòng khí di chuyển khó khăn hơn vì một phần thể tích do dòng lỏng chiếm cứ Lúc này độ giảm áp sẽ tăng nhanh theo tốc độ khối lượng dòng khí và lỏng Sẽ xảy ra hiện tượng ngập lụt trong trường hợp có sự đảo pha liên tục, từ pha khí (liên tục) – Lỏng (phân tán) thành pha khí (phân tán) – logr (liên tục) và ngược lại Lúc này độ giảm áp tăng rất nhanh
Để đánh giá và tối ưu hiệu suất bơm, cần làm việc dưới điểm xảy ra ngập lụt của bơm Hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ giảm áp của cột khô và cột ướt là vận tốc dòng và lưu lượng khối lượng dòng, do đó việc kiểm soát vận tốc dòng chảy và lưu lượng là chìa khóa để duy trì áp suất ổn định và hiệu quả của hệ thống bơm.
Trong quá trình tiến hành thí nghiệm vẫn còn nhiều nguyên nhân gây sai số mà ta cần khắc phục, những nguyên nhân đó có thể là do:
- Sử dụng bơm và quạt đưa lưu lượng lỏng và lưu lượng khí chưa đều
- Do quá trình làm thí nghiệm chậm nên để nước tràn vào ống dẫn khí
- Các điều kiện thí nghiệm không ổn định và không giống nhau trong các lần đo
- Sai số khi đọc và trong thao tác thí nghiệm (do người đọc đọc chưa chính xác, do điều chỉnh lưu lượng khí và lỏng chưa chính xác).
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ giảm áp của cột khô?
- Chiều cao phần chứa vật chêm.
- Đường kính tương đương của vật chêm.
- Thể tích tự do của vật chêm.
- Diện tích bề mặt riêng của vật chêm.
- Khối lượng riêng của pha khí.
- Suất lượng biểu kiến của pha khí qua một đơn vị tiết diện tháp.
Tháp chêm được ứng dụng trong lĩnh vực nào? Ưu và nhược điểm của chúng?
Tháp chêm được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Có mấy loại vật chêm? Chúng được chế tạo từ vật liệu gì?
Vật chêm sử dụng gồm có nhiều loại khác nhau, phổ biến nhất là một số loại vật chêm sau:
Vòng Raschig: hình trụ rỗng bằng sứ hoặc kim loại, nhựa, có đường kính bằng chiều cao (kích thước từ 10- 100mm).
Vật chêm hình yên ngựa: có kích thước từ 10- 75mm.
Vật chêm vòng xoắn: đường kính dây từ 0,3- 1mm, đường kính vòng xoắn từ 3- 8mm và chiều dài nhỏ hơn 25mm.
Kích thước vật chêm cần phải thỏa mãn điều kiện gì? Tại sao?
Vật chêm phải có diện tích bề mặt riêng lớn, ngoài ra độ rỗng cũng phải lớn.
Lựa chọn vật chêm cần phải thỏa mãn những điều kiện gì?
Phải có diện tích bề mặt riêng lớn, có độ rỗng lớn để giảm trở lực cho pha khí và phải bền.
Ưu và nhược điểm của vật chêm bằng sứ?
Ưu điểm: giá thành rẻ,không bị oxy hóa,không bị ăn mòn.
Trong thí nghiệm các số liệu đo được cũng như lưu lượng của các dòng có ổn định không? Tại sao?
Trong thí nghiệm các số liệu đo được cũng như lưu lượng của các dòng không ổn định.
Trong thí nghiệm có mấy điểm cần lưu ý? Điểm nào quan trọng nhất?
Trong thí nghiệm đo độ giảm áp của cột ướt, cần lưu ý duy trì mức chất lỏng ở đầu cột ở một chiều cao ổn định bằng cách chỉnh van 7 cho phù hợp Nếu cần, tăng cường van 8 để nước trong cột được thoát về bình chứa, nhằm đảm bảo quá trình đo độ giảm áp diễn ra liên tục và an toàn.
Tại sao phải duy trỡ mực lỏng ở ắ đỏy cột?
Việc điều chỉnh lượng nước trong cột hấp thu là yếu tố quyết định để khí có đủ tiếp xúc với dung môi Khi cho đầy nước, khí sẽ không tiếp xúc được với nước và không đi vào cột hấp thu, làm giảm hiệu quả hấp thu Ngược lại, cấp nước quá ít khiến khí tiếp xúc với dung môi ít hơn và sinh ra nhiều bọt khí, khiến kết quả đo lường dược phẩm bị sai lệch.
10 Có mấy loại quạt? Kể tên? Quạt trong bài này là loại gì? Cao áp hay thường?
Có 2 loại quạt là quạt cao áp và quạt thường Quạt trong bài này là quạt cao áp
11.Tại sao phải nghiên cứu đồ thị của tháp chêm từ điểm gia trọng đến điểm lụt?
Vì để xác định giới hạn khả năng hoạt động của cột là từ điểm gia trong đến điểm ngập lụt.
Công thức tính hệ số trở lực do ma sát trong tháp chêm ở các chế độ?
Cột ướt: ∆ P cư = σ ∆ P ck với σ = 10 Ω L
Giá trị σ phụ thuộc vào loại, kích thước và cách sắp xếp vật chêm (xếp ngẫu nhiên hay theo thứ tự) và độ lớn của lưu lượng lỏng L Ví dụ với vật chêm là vòng sứ Raschig 12,7 mm, xếp ngẫu nhiên, độ xốp ε = 0,586; giá trị của L từ 0,39 đến 11,7 kg/m^2 s và cột hoạt động ở vùng dưới điểm gia trọng, Ω = 0,084.
Để tính tổn thất áp suất trong tháp chêm, công thức tổng quát thường được dùng là công thức Ergun cho dòng chất khí đi qua lớp vật liệu đóng chêm: ΔP/L = 150 μ_g (1-ε)^2/(ε^3 D_p^2) · v_g + 1.75 ρ_g (1-ε)/(ε^3 D_p) · v_g^2 Trong đó ε là độ rỗng của vật liệu chêm, D_p là đường kính hạt, μ_g là độ nhớt của khí, ρ_g là khối lượng riêng của khí, và v_g là vận tốc xuyên thấu Tổng tổn thất áp suất qua tháp là ΔP = (ΔP/L) × L, với L là chiều cao của lớp chêm Các thừa số ảnh hưởng đến độ giảm áp bao gồm: tăng μ_g hoặc tăng L làm tăng ΔP; giảm ε hoặc giảm D_p làm tăng ΔP; tăng ρ_g hoặc tăng v_g làm tăng ΔP, đặc biệt ở thành phần thứ hai tỷ lệ thuận với v_g^2; do đó vận tốc xuyên thấu và kích thước hạt là hai tham số có tác động lớn nhất tới độ giảm áp trong tháp chêm.
Tổn thất Trở lực tháp khô:
Trong mô hình này, wo là vận tốc pha khí, h là chiều cao lớp đệm, a là bề mặt riêng (đơn vị m^2/m^3), ε là độ xốp (đơn vị m^3/m^3), ρ_ck là khối lượng riêng của không khí (kg/m^3), và f_ck là hệ số ma sát của dòng chảy qua lớp hạt, phụ thuộc vào Rek.
Tháp chêm làm việc ở chế độ nào là tốt nhất? Thực tế có thể vận hành ở chế độ này hay không? Tại sao
Tháp chêm hoạt động tối ưu ở chế độ chân không, nhưng trong thực tế việc vận hành ở chế độ này không khả thi do điều kiện sản xuất khiến hệ nhanh chóng đưa dòng lỏng tới điểm lụt Mặc dù chân không mang lại hiệu suất phân tách cao, sự biến động của áp suất và lưu lượng khiến tháp dễ bị ngập và mất ổn định khi vận hành ngoài phòng thí nghiệm Vì vậy cần có thiết kế và biện pháp vận hành bổ sung để hạn chế ngập, cân bằng áp suất và kiểm soát dòng chảy, nhằm tận dụng tối đa ưu điểm của tháp chêm mà vẫn đảm bảo an toàn và hiệu quả Trong thực tế, giải pháp tối ưu là kết hợp điều chỉnh áp suất, vật liệu và điều khiển tự động để duy trì hoạt động ổn định ngoài chế độ chân không.
LỌC KHUNG BẢN
Nêu mục đích bài thí nghiệm?
Cung cấp cho sinh viên một cái nhìn tổng quát, khách quan hơn về cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị lọc khung bản.
Cung cấp cho sinh viên phương pháp, cách thức vận hành thiết bị.
Từ những thông số thực nghiệm có thể tính toán được hệ số lọc và đưa ra các phương trình lọc tương ứng.
Lọc sử dụng để làm gì? Cho ví dụ?
Quá trình lọc nhằm phân tách các cấu tử của một hỗn hợp thành các thành phần riêng biệt, loại bỏ cặn và các cấu tử lơ lửng trong hệ huyền phù để cho ra sản phẩm sau lọc không chứa các cấu tử lơ lửng Lọc cũng có thể loại bỏ những cấu tử có kích thước lớn hơn kích thước vật lọc của thiết bị lọc, dựa vào kích thước màng lọc để đảm bảo hiệu quả lọc.
Ví dụ về lọc khung bản cho thấy đây là công nghệ lọc có nhiều ứng dụng trong ngành hóa chất và thiết bị công nghiệp Lọc khung bản giúp tách bùn và loại bỏ các cấu tử cần loại bỏ khỏi dung dịch, từ đó nâng cao hiệu suất quá trình và độ tinh khiết của sản phẩm Nhờ cấu trúc khung và bản lọc liên kết chắc chắn, hệ thống này phù hợp cho lọc bùn, lọc các chất rắn lẫn lỏng có hàm lượng rắn vừa phải và các cấu tử cần loại bỏ mà không làm hỏng các thành phần quan trọng Ứng dụng phổ biến gồm lọc trong ngành hóa chất, xử lý nước thải và các quá trình lọc khác đòi hỏi hiệu quả tách rắn-lỏng cao, giúp tối ưu chi phí vận hành và dễ dàng bảo trì.
Trong công nghệ thực phẩm, lọc khung bản (lọc màng) được sử dụng để làm trong dung dịch bằng cách loại bỏ các cấu tử lơ lửng trong hệ huyền phù của thực phẩm Quá trình này làm tăng độ trong suốt, giảm đục và cải thiện chất lượng sản phẩm, đồng thời có thể áp dụng cho nhiều loại dung dịch thực phẩm như nước giải khát, nước ép, sữa và các chế phẩm từ thực phẩm khác.
VD: Trong quá trình sản xuất bia, người ta dùng lọc khung bản để loại bỏ các cặn bia, cấu tử lơ lửng trong quá trình làm bia.
3 Nêu các phương pháp tạo chênh lệc áp suất khi lọc?
Có 2 cách để tạo chênh lệch áp suất khi lọc:
Tăng áp suất trên dòng huyền phù, dùng cột áp thủy tĩnh, máy bơm hay máy nén.
Giảm áp suất dưới vật lọc bã, tạo áp suất chân không bằng cách dùng bơm chân không.
Lọc có mấy chế độ, được đặc trưng bằng đại lượng nào?
Lọc có 2 chế độ: lọc chân không và lọc ép được đặc trưng bằng bề mặt lọc Lọc chân không thì bề mặt lọc được đổi mới liên tục (cạo bã liên tục) Lọc ép thì phải tạo lớp bã đủ dày để tạo thành áo lọc.
Phương trình vi phân lọc và nghiệm của nó?
S + R v ) Đặt q = V/S: lượng nước lọc riêng (m 3 /m 2 )
Phương trình trên được viết gọn lại như sau: q 2 +2.C.q = K
Vậy nghiệm của nó là q
Nêu cấu tạo nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của lọc
Máy lọc khung bản được cấu tạo bởi một chuỗi các khung và bản cùng kích thước xếp liền nhau, giữa khung và bản có vải lọc Huyền phù được đưa vào rảnh dưới tác dụng của áp suất, rồi đi vào khoảng trống giữa các khung Chất lỏng lọc qua vải lọc sang các rãnh của bản và theo van ra ngoài, trong khi các hạt rắn được giữ lại, tạo thành bã chứa trong khung.
Nguyên lý hoạt động: cho huyền phù vào một bên vách ngăn và tạo áp suất P1 trên bề mặt lớp huyền phù Lỗ dẫn huyền phù nhập liệu của khung và bản được nối liền, tạo thành một ống dẫn nhô ra ghép với hệ thống cấp liệu Nước lọc chảy từ bản qua hệ thống đường ống và được đưa ra ngoài Bã được giữ lại trên bề mặt vách ngăn lọc và chứa trong khung Khi bã trong khung đầy, quá trình lọc dừng để tiến hành rửa và tháo bã.
Dịch lọc trong và bỏ được nấm men.
Tấm đỡ thay thế dễ dàng.
Cần nhiều thời gian vệ sinh.
Phải thay thế tấm đỡ theo chu kỳ.
Giá thành tấm đỡ cao
Dịch chảy nhiều, phân bố không đồng đều
Phải tháo khung bản khi cần giảm áp suất.
Trình tự tiến hành thí nghiệm
- Cho nước vào bồn chứa.
- Bật công tắc máy khuấy.
- Mở bơm, điều chỉnh áp suất bằng V4 khi đồng hồ áp suất chỉ mức mong muốn.
- Đong dung dịch lọc ở đầu C1 và ghi nhận thể tích trong mỗi thời gian.
- Làm thí nghiệm với các chế độ áp suất khác nhau.
Kể tên một vài loại thiết bị lọc ngoài lọc khung bản?
- Thiết bị lọc ép sử dụng cột lọc
- Thiết bị lọc chân không dạng thùng quay
- Thiết bị lọc ly tâm
Nêu các phương pháp để tăng năng suất lọc?
Các phương pháp để tăng năng suất lọc là: tăng áp lực lọc, tăng tốc độ lọc, giá nhiệt trong quá trình để giảm độ nhớt.
Nêu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lọc?
Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lọc:
- Vận tốc lưu chất lọc.
- Lớp bã lọc, tính chất của vách ngăn.
- Hệ thống lọc hay thiết bị lọc.
- Trạng thái của chất lọc, tính chât của huyền phù.
Trình bày phương trình lọc khi áp suất không đổi và ý nghĩa của các đại lượng?
Phương trình lọc khi áp suất không đổi:
Trong đó: μ : độ nhớt (kg/ms)
S: tiết diện bề mặt lọc (m 2 )
: thời gian lọc được ấn đính trước r0: trở lực riêng (1/(m 2 )
X0 = Va/Vb: tỉ số giữa lượng bã ẩm (m 3 / lượng nước lọc (m 3 ))
Rv: trở lực vách ngăn (1/m)
Nêu phương trình lọc khi tốc độ không đổi và ý nghĩa của các đại lượng?
Phương trình lọc với tốc độ không đổi: W= const (kém hiệu quả)
CHƯNG CẤT
Số liệu thu được và xử lý số liệu
Nồng độ phần mol, suất lượng mol:
Nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dòng nhập liệu:
Suất lượng mol của dòng nhập liệu:
Tính các phương trình làm việc
Giải hệ phương trình, ta có:
Chưng cất là gì?
Chưng cất là phương pháp tách các thành phần của một hỗn hợp lỏng hoặc hỗn hợp lỏng-khí thành các chất riêng biệt dựa trên sự khác biệt về độ bay hơi của từng thành phần ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất Quá trình này khai thác đặc tính sôi khác nhau của các chất để phân ly chúng theo điểm sôi Chất có độ bay hơi thấp hơn sẽ bốc lên trước và được ngưng tụ ở bình ngưng, trong khi những chất có điểm sôi cao hơn vẫn ở lại dung dịch cho đến khi được tách ra ở giai đoạn tiếp theo Kết quả là thu được các thành phần tinh khiết hơn hoặc dung dịch cô đặc ở các mức khác nhau, phục vụ cho sản xuất công nghiệp và nghiên cứu khoa học.
Nêu một số loại thiết bị chưng cất?
Có thể sử dụng các loại tháp chưng cất sau:
- Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hoặc mâm đĩa lưới
- Tháp chưng cất dùng mâm chóp
- Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật chêm)
Thí nghiệm này khảo sát những yếu tố nào?
Thí nghiệm này khảo sát hiệu suất làm việc của máy, và thể hiện quan hệ giữa hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất mâm tổng quát.
Tỉ số hoàn lưu là gì ? Không có dòng hoàn lưu được không ?
Tỉ số hoàn lưu là tỉ số trong lượng hoàn lưu quay về tháp và sản phẩm định lấy ra
Không có dòng hoàn lưu là không được.
Nêu điều kiện mô hình mâm lý thuyết ?
Trả lời: Điều kiện mô hình mâm lý thuyết:
+ Pha lòng phải hòa trộn hoàn toàn trên mâm
+ Pha hơi không lôi cuốn các giọt lòng từ mâm dưới lên mâm trên và đồng thời có nồng độ đồng nhất tại mọi vị trí trên tiết diện
+ Trên mỗi mâm luôn đạt sự cân bằng giữa hai pha
Có mấy lọai hiệu suất mâm ?
Trả lời Có 3 loại hiệu suất mâm: hiệu suất tổng quát, hiệu suất mâm Murphree, hiệu suất cục bộ
Nêu định nghĩa các hiệu suất mâm và mối tương quan nếu có?
Hiệu suất mâm tổng quát Eo là một chỉ số đơn giản được sử dụng để đánh giá hệ thống mâm, tuy nhiên độ chính xác của nó không cao Đặc biệt, tỉ số giữa số mâm lí tưởng và số mâm thực tế cho toàn tháp khiến kết quả dễ bị lệch và không phản ánh đúng hiệu suất thực tế Vì vậy, khi yêu cầu độ chính xác cao hoặc phân tích chi tiết, nên cân nhắc sử dụng các phương pháp đánh giá phức tạp hơn và xem xét từng thành phần mâm trong hệ thống.
Hiệu suất mâm Murphree là tỉ số giữa biến đổi nồng độ pha hơi qua một mâm và biến đổi nồng độ tối đa có thể đạt được khi pha hơi rời mâm ở trạng thái cân bằng với pha lỏng trên mâm Nói cách khác, nó phản ánh mức độ hiệu quả trao đổi vật chất giữa pha hơi và pha lỏng trên từng mâm, cho biết mức độ pha hơi thoát khỏi mâm có đạt cân bằng với pha lỏng như mong đợi hay không Trong thiết kế và vận hành cột tháp, hiệu suất Murphree cao cho thấy quá trình trao đổi giữa hai pha diễn ra gần cân bằng và hiệu quả trong mỗi mâm.
+ Hiệu suất mầm cục bộ:
Mối quan hệ giữa hiệu suất mầm Murphree và hiệu suất tổng quát của tháp cho thấy hiệu suất tổng quát không bằng với giá trị trung bình của các mâm Sự phụ thuộc giữa hai hiệu suất này nằm ở độ dốc tương đối của đường cân bằng và đường làm việc Khi mG/L lớn hơn 1, hiệu suất tổng quát sẽ lớn hơn giá trị trung bình của các mâm; ngược lại, khi mG/L nhỏ hơn 1, hiệu suất tổng quát sẽ nhỏ hơn.
Trình bày trình tự thí nghiệm?
Nêu các số liệu cần đo trong bài?
+ Lưu lượng dòng F D (ml/phút)
+ Độ chỉ cần kế xD, XE (%)
Ảnh hưởng của tỉ số hoàn lưu R đến quá trình chưng cất?
+ Tăng nồng độ sản phẩm đỉnh và làm cho tháp hoạt động
+ Giảm số mâm lí thuyết
Dòng hoàn lưu có tác dụng gì?
Trong quá trình vận hành, tỉ số hoàn lưu (R) quyết định nồng độ đỉnh của sản phẩm và khối lượng sản phẩm được lấy ra Khi R tăng lên, nồng độ sản phẩm đỉnh tăng nhưng sản phẩm lấy ra lại giảm Ngược lại, khi R giảm, nồng độ sản phẩm đỉnh giảm và sản lượng lấy ra tăng Vì vậy, tỉ số hoàn lưu phù hợp nên được thiết lập ở mức đủ lớn để đảm bảo năng suất lấy ra nhiều và tối ưu hóa hiệu quả của quá trình.
