HƯỚ NG DẪN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BI

Khi dòng chảy ở trạng thái chảy rối hoàn toàn và tiến hành giảm lưu lượng đến một mức nào đó tia màu trở về trạng thái gợn sóng và chảy theo đường thẳng là dòng chảy trong ống đã chuyển

KHOA HÓA HỌC & CN THỰC PHẨM

HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BI ̣

Vũng Tàu, tháng 10 năm 2012

BÀI 1: THÍ NGHIỆM CƠ HỌC THỦY LỰC

I THÍ NGHIỆM REYNOLDS

1) Mục đích

Có 2 trạng thái chuyển động của lưu chất: Trạng thái chảy tầng và chảy rối, giữa hai trạng thái này có trạng thái chảy quá độ Các trạng thái này có những tính chất khác hẳn nhau và tạo ra những nguyên tắc khác nhau gây ra sự tiêu hao năng lượng của dòng chảy

Mô hình thí nghiệm này giúp sinh viên hình dung được:

- Quan sát, phân biệt hai trạng thái của lưu chất và sự quá độ từ trạng thái này sang trạng thái kia của lưu chất

- Xác định giá trị của Re để dòng chảy tầng, chảy rối và so sánh với kết quá thực nghiệm của Reynolds

2) Cơ sơ ̉ lý thuyết

Các phần tử chuyển động song song nhau theo một đường thẳng với vận tốc chậm gọi là chảy dòng Ngược lại các phần tử chuyển động với vận tốc nhanh theo đường thẳng không thứ tự với các hướng khác nhau tạo thành một dòng rối gọi là chảy rối (chảy xoáy)

Khi vận tốc tăng lên dòng bị chảy rối, nên xuất hiện dòng xoáy, các phần tử chuyển động với vận thay đổi cả giá trị và hướng tạo thành parabol tù Dọc thành ống có lớp biên, ở lớp biên vận tốc chất lỏng giảm dần và sát thành ống bằng 0 Trong lớp biên chất lỏng chảy tầng

Để quan sát chế độ chuyển động của dòng chảy cho một dòng chất màu chuyển động cùng dòng chảy trong ống Khi lưu lượng nhỏ tia màu chuyển động theo đường thẳng, không dao động và dung dịch màu không có sự hòa trộn vào nước Khi lưu lượng tăng đến một mức nào đó thì tia màu bắt đầu gợn sóng, kết thúc giai đoạn chảy tầng

Nếu lưu lượng dòng chảy tăng đến một giới hạn nhất định thì tia màu bị dao động mạnh và đứt đoạn, hòa trộn vào dòng chảy Lúc này đã chuyển sang chảy rối hoàn toàn Theo Reynolds dòng chảy chuyển từ trạng thái chảy tầng sang chảy rối phải qua bước trung gian là trạng thái chảy quá độ

Khi dòng chảy ở trạng thái chảy rối hoàn toàn và tiến hành giảm lưu lượng đến một mức nào đó tia màu trở về trạng thái gợn sóng và chảy theo đường thẳng là dòng chảy trong ống đã chuyển từ trạng thái chảy rối sang chảy tầng

Sự thay đổi trạng thái lưu chất phụ thuộc vào một đại lượng không thứ nguyên Re, đặc trưng cho dòng chảy có ma sat, được lập theo tỷ số giữa lực ma sát và lực quán tính

Re =

𝜌.𝑤2 𝑙 µ.𝑤 𝑙2

=𝑤.𝑙.𝜌

µ = 𝑤.𝑙𝑣

Trong đó: ρ- khối lượng riêng, kg/m 3

rtl =𝑓𝑈Trong đó: rtl -bán kính thủy lực, m

f - tiết diện ống, m2

U - chu vi thấm ướt của ống, m

Đối với ống hình chữ nhật dạng a.b

rtl =𝑓

𝑈 = 𝑎.𝑏2(𝑎+𝑏)

dtd = 4 rtl = 2𝑎.𝑏

(𝑎+𝑏)

3) Tiến hành thí nghiệm và lấy số liệu

a) Thí nghiệm Reynolds đối với ống thẳng

- Lưu lượng tăng dần: Mở khóa cho lưu lượng nước tăng dần đến khi dòng chảy

ổn định, dùng ống đong 1 lit để đo lưu lượng của dòng chảy Đo thời gian nước chảy đầy ống đong 1 lít hoặc một thể tích chọn trước, tiến hành 3 lần đo với cùng một mức lưu lượng dòng chảy Để lưu lượng dòng chảy ổn định thì mực nước trên

bể phải không có sự thay đổi

Tiến hành đo ứng với 3 trạng thái chảy tầng, quá độ, rối và lập bảng tính toán

Chảy tầng:

Thể tích chất lỏng (nước) V=……m3

Thời gian đo lần 1, t1 =…… (s)

=…… (s)

Thời gian đo lần 3, t3 =…… (s)

Thời gian trung bình, ttb = 𝑡1+𝑡2+𝑡3

3 (s) Lưu lượng dòng chảy Q = 𝑉

Thời gian đo lần 1, t1 =…… (s)

Thời gian đo lần 2, t2 =…… (s)

Thời gian đo lần 3, t3 =…… (s)

Thời gian trung bình, ttb = 𝑡1+𝑡2+𝑡3

3 (s) Lưu lượng dòng chảy Q = 𝑉

Thời gian đo lần 1, t1 =…… (s)

Thời gian đo lần 2, t2 =…… (s)

Thời gian đo lần 3, t3 =…… (s)

Thời gian trung bình, ttb = 𝑡1+𝑡2+𝑡3

3 (s) Lưu lượng dòng chảy Q = 𝑉

-Lưu lượng giảm dần:

Giảm dần lưu lượng và quan sát trạng thái dòng chảy xác định chuẩn số Re tại ba

b) Dòng chảy trong đường ống bị gấp khúc

Mở khóa và điều chỉnh lưu lượng sao cho trước đoạn ống gấp khúc là trạng thái chảy tầng Quan sát và nhận xét về trạng thái dòng chảy trong khoảng sau đoạn gấp khúc

c) Dòng chảy trong ống có đường kính khác nhau

Điều chỉnh lưu lượng nước sao cho trong đoạn đầu tiên nước chảy tầng sau đó quan sát trạng thái dòng chảy ở ống có đường kính bé hơn và đưa ra nhận xét

Tài liệu tham khảo:

[1]-Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm; tập 1: các quá

trình thủy lực, bơm, quạt, máy nén; nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2002; tác giả Nguyễn Bin

II: DÒNG CHẢY QUA LỖ

1) Mô tả: Xác định lượng chất lỏng chảy trong một thời gian nhất định

2) Ứng dụng:

- Tính đường kính lỗ cung cấp nhiên liệu lỏng

- Tính đường kính lỗ trong xe vận chuyển xăng dầu

- Tính đường kính ống dẫn nước của xe tưới cây trong công viên

- Tính đường kính của lỗ phun xăng trong bộ chế hòa khí trong động cơ đốt trong

- Dùng trong bộ phận giảm chấn bằng thủy lực của xe gắn máy

- Tính chiều xa dòng nước trong cứu hỏa

- Thiết kế trang trí nhạc nước

3) Tiến hành thí nghiệm và lấy số liệu

a) Sự chảy qua lỗ khi mức chất lỏng ổn định

- Bơm nước vào hệ thống, xác định chiều cao của cột nước ở mức ổn định (H)

- Xác định đường kính lỗ dòng nước chảy qua (D)

- Dùng ống đong và đồng hồ bấm dây xác định thể tích nước (V) chảy qua lỗ trong thời gian (T) Tiến hành 3 lần và lấy giá trị trung bình

- Xác định lưu lượng dòng chảy: Q = 𝑉̅

So sánh kết quả w và w1 và giải thích sự khác nhau đó

b) Sự chảy qua lỗ khi mức chất lỏng thay đổi

Xác định thời gian mức chất lỏng chảy từ mức H đến

H1 dùng đồng bấm giây theo dõi mức chất lỏng và tiến

hành trong 3 lần, sau đó lấy giá trị thời gian trung bình

T = 2.𝑆0.√𝐻

𝑆.√2𝑔 - 2.𝑆0.√𝐻1

𝑆.√2𝑔 (s) So sánh kết quá theo công thức này và 𝑇̅tính theo thực nghiệm Giải thích sự khác nhau đó

c) Tính chiều xa của dòng nước

- Vận tốc dòng nước trước khi ra khỏi lỗ

W0 , bỏ qua sức cản không khí Quảng

đường theo phương ox là x = w0.T

- Quảng đường dòng nước theo phương oy y = 𝑔.𝑇

2

2Vậy dòng nước vạch ra parabol có dạng: y = 𝑔

2.𝑤0 𝑥2

Vậy chiều xa của dòng nước tính theo chiều cao y: x = √2𝑦

𝑔 𝑤0Lấy một độ cao nhất định (y).Sau đó đo vận tốc dòng nước w0 và chiều xa x, so sánh kết quả thực nghiệm và lý thuyết

Tài liệu tham khảo: Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm;

tập 1: các quá trình thủy lực, bơm, quạt, máy nén; nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2002; tác giả Nguyễn Bin

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

I HÓA CHẤT, DU ̣NG CỤ, CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Hóa chất:

1.1 Phần 1: thí nghiê ̣m Reynold

1.2 Phần 2: Dòng chảy qua lỗ

2 Du ̣ng cu ̣

2.1 Phần 1: thí nghiê ̣m Reynold

2.2 Phần 2: Dòng chảy qua lỗ

3 Cách tiến hành thí nghiê ̣m

3.1 Phần 1: thí nghiê ̣m Reynold

3.2 Phần 2: Dòng chảy qua lỗ

II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

 Phần 1: thí nghiê ̣m Reynold

 Phần 2: : Dòng chảy qua lỗ

III KẾT QUẢ TÍNH TOÁN :

 Phần 1: thí nghiê ̣m Reynold

 Phần 2: : Dòng chảy qua lỗ

IV BÀN LUẬN

 Phần 1: thí nghiê ̣m Reynold

So sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết Giải thích

 Phần 2: : Dòng chảy qua lỗ

So sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết Giải thích

V TRẢ LỜI CÂU HỎI

 Mực chất lỏng thay đổi ảnh hưởng như thế nào đến thí nghiê ̣m Reynold?

 Các sai số có thể mắc phải trong thí nghiê ̣m Reynold?

 Các sai số có thể mắc phải trong thí nghiê ̣m dòng chảy qua lỗ?

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO

Bài 2: THÍ NGHIÊ ̣M TRÍCH LY RẮN – LỎNG

1 Mu ̣c đích:

- Thí nghiê ̣m này giúp sinh viên làm quan với mô ̣t trong các phương pháp phân riêng

mô ̣t hỗn hợp chất bằng cách dùng mô ̣t dung môi có tính hòa tan cho ̣n lo ̣c đối với mô ̣t hoă ̣c vài cấu tử cần thiết tách khỏi hỗn hợp chung

- Phương pháp này được dùng rô ̣ng rãi trong công nghiê ̣p hóa ho ̣c, hóa dầu, thực phẩm, xử lí nước thải…mô ̣t khi không thể dùng phương pháp chưng cất do không có khả năng về kỹ thuâ ̣t (vì ta ̣o hỗn hợp đẳng phí, vì sản phẩm không bền với nhiê ̣t) hoă ̣c không có lợi (vì tiêu hao nhiều nhiê ̣t)

- Yêu cầu cở bản của dung môi:

+ có tính hòa tan cho ̣n lo ̣c;

+ mâ ̣t đô ̣ khác biê ̣t lớn so với mâ ̣t đô ̣ của dung môi dầu;

+ rẻ tiền, dễ kiếm như: nước, dung môi hữu cơ;

2 Cơ sở lý thuyết

- Trong quá trình trích ly sẽ diễn ra sự chuyễn di ̣ch cấu tử từ pha này sang pha khác cho đến khi nồng đô ̣ của chúng cân bằng

- Đối với hai chất lỏng không tan lẫn nhau là A và C thì sự phân bố của cấu tử thứ ba

B tuân theo đinh luâ ̣t phân bố:

y* = k.x trong đó: y*: nồng đô ̣ cân bằng của cấu tử B trong dung môi C

x: nồng đô ̣ của chất B trong dung môi A k: hê ̣ số phân bố phu ̣ thuô ̣c vào nhiê ̣t đô ̣, nồng đô ̣ chất bi ̣ hòa tan

Với dung di ̣ch loãng, k có thể coi là hằng số và đường cân bằng trong đồ thi ̣ y=

kx coi là đường thẳng đi qua gốc to ̣a đô ̣ và có góc nghiêng bằng k

- Có hai loa ̣i trích ly phổ biến là:

+ Lỏng – lỏng

+ Rắn - lỏng (là loa ̣i mà ta sẽ làm thí nghiê ̣m này)

Trong quá trình trích ly rắn – lỏng dung môi sẽ hòa tan cho ̣n lo ̣c mô ̣t số cấu tử từ chất rắn Bất kỳ quá trình trích ly rắn – lỏng nào cũng bao gồm các giai đoa ̣n sau:

+ dung môi thâm nhâ ̣p vào các mao quản của chất rắn

+ hòa tan hoă ̣c phản ứng hóa ho ̣c với các cấu tử cần tách

+ chất hòa tan và dung môi sẽ khuếch tán từ vâ ̣t rắn vào dung di ̣ch

- Quá trình trích ly rắn – lỏng tiến hành đến khi thiết lâ ̣p được cân bằng giữa nồng đô ̣ cấu tử phân bố trên bề mă ̣t vâ ̣t rắn (Cgh) vớ i nồng đô ̣ trung bình của nó trong dung di ̣ch (C0)

- Thườ ng thì gần bề mă ̣t vâ ̣t rắn sự cân bằng nhanh chống được thiết lâ ̣p nên Cgh có thể lấy bằng nồng đô ̣ bão hòa Cbh Hiê ̣u số Cbh – C0 chính là đô ̣ng lực của quá trình trích

ly

- Vận tốc trích ly rắn – lỏng được tính như sau:

)(

0

C

Cbh

F d

F: bề mă ̣t hòa tan của vâ ̣t rắn

Sự thay đổi nồng đô ̣ chất tan trong dung di ̣ch được biểu diễn trên hình 2:

Hi ̀nh 2: sự thay đổi nồng độ cấu tử phân bố trong dung dịch

- Ở gần bề mă ̣t nồng đô ̣ cấu tử phân bố đạt đến giá tri ̣ Cbh Càng xa bề mă ̣t thì nồng đô ̣ đó giảm dần đến mô ̣t khoảng δ thì còn bằng C0 là giá tri ̣ của nó trong dung di ̣ch

δ : go ̣i là bề dày giới ha ̣n lớp khuếch tán Bề dày càng nhỏ thì hê ̣ số khuếch tán β càng cao

Khuấy trô ̣n dung di ̣ch sẽ làm cho bề dày δ càng giảm, khả năng hòa tan chất rắn càng tăng

- Thêm nữa, nhiê ̣t đô ̣ càng tăng thì đô ̣ hòa tan càng cao Vì Cbh tăng theo nhiê ̣t đô ̣, đô ̣ nhớt của dung di ̣ch giảm và do đó khuếch tán càng tăng

- Khác với quá trình hòa tan thông thường, quá trình trích ly rắn – lỏng diễn ra trong các mao quản Nên bề mă ̣t tiếp xúc pha càng chuyễn sâu vào bên trong vâ ̣t rắn càng làm giảm vâ ̣n tốc của quá trình trích ly

Bởi vâ ̣y, với vâ ̣t rắn để tăng vâ ̣n tốc trích ly cần nghiền nhỏ kích thước vâ ̣t rắn vì nó sẽ làm tăng diện tích tiếp xúc và làm giảm độ dài mao quản tạo điều kiện khuếch tán thuận lợi hơn

3 Tiến ha ̀nh thí nghiê ̣m

- Thí nghiê ̣m trích ly có thể tiến hành trong pha lỏng nóng (Soxhlet) hoă ̣c trong pha hơi nóng của dung môi (Grefe)

- Trong thí nghiê ̣m này ta thực hiê ̣n trong pha lỏng nóng (Soxhlet)

Những du ̣ng cu ̣ hóa chất cần thiết

+ Sợi chỉ khâu (dùng để buộc mẫu)

+ Chè rắn (bán ngoài chợ)

+ Bô ̣ chưng cất (Soxhlet)

+ Cân phân tích

Cân chính xác trên cân phân tích một mẫu chè khoảng 2 gam cho vào túi giấy trên

và dùng chỉ buộc lại

3.2 Chuẩn bị mẫu trong thiết bị Soxhlet:

Đặt bình đun lên bếp đun bình cầu, trong bình cầu 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 phểu thuỷ tinh lên miệng ống sinh hàn

Lắp hệ thống nước làm mát cho ống sinh hàn

Cho nước chảy vào, kiểm tra hoạt động của ống sinh hàn

3.3 Tiến hành chiết:

Sau khi lắp hệ thống bật nguồn điện và đun sôi tiến hành chiết liên tục Quan sát màu nước chảy ra từ bình chiết xuống bình đun Khi qúa trình trích ly xảy ra thì chất cần chiết sẽ tan vào nước Nước có màu nâu chảy xuống bình cầu.Theo dõi gian trích

ly, màu của nước sẽ nhạt dần cho đến trong khi kết thúc quá trình trích ly

Sau khi trích ly kết thúc lấy giấy lọc chứa mẫu, sấy đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 100 – 105 0C

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

* Tính toán như sau:

+ lượng mẫu trước trích ly: m1

+ lượng mẫu sau trích ly: m2

+ lượng cấu tử cần tách : G = m1 – m2

+ tỷ lệ cấu tử cần tách:

G2 = (G1/m1).100 (%)

4 Kết luận

5 Tài liệu tham khảo

[1]: Nguyễn Bin : tập 4 (trang 218-222)

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

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

1 Hóa chất:

2 Dụng cu ̣

3 Cách tiến hành thí nghiê ̣m

II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

III KẾT QUẢ TÍNH TOÁN :

IV BÀN LUẬN

V TRẢ LỜI CÂU HỎI

1 Cơ chế quá trình trích ly rắn lỏng?

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly rắn lỏng?

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO

BÀI 3: CHƯNG LUYỆN

II PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

1 Tính cân bằng vật liệu của tháp:

Hệ phương trình cân bằng vật liệu

F = W + P F.xF = W.xw+ P.xPTrong đó :

F : Lượng hỗn hợp đầu cho vào tháp , Kg

W : Lượng sản phẩm đáy, Kg

P : Lượng sản phẩm đỉnh, Kg

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

2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp :

Chấp nhận nhiệt độ mất mát do môi trường xung quanh bằng 5% lượng nhiệt đưa vào đáy tháp

Vậy lượng nhiệt cần thiết đưa vào đáy tháp là :

Q = (Rx+1).P.i + W.CW.tW- F.CF.tF -GX.CP.tP + 0.05 Q

0.95

.t C G - .t C F - t C W + 1).P.i +

, W

Ở đây

- i : hàm nhiệt của hơi , j/kg

- (Rx+1).P.i : lượng nhiệt do hơi mang ra ở đỉnh tháp , W

- W.CW.tW : lượng nhiệt do sản phẩm đáy mang ra , W

- F.CF.tF : lượng nhiệt do hỗn hợp đầu mang vào , W

- GX.CP.tP : lượng nhiệt do hồi lưu mang vào , W

C = a1c1 + a2c2

a1, a2 : phần trăm khối lượng của cấu tử 1 và 2, J/Kg.độ

c1, c2 : nhiệt dung riêng của cấu tử 1 và 2

tF, tW, tP : nhiệt độ của hỗn hợp đầu vào tháp, của sản phẩm đáy và đỉnh, 0

V

V P

ta chấp nhận nhiệt độ của sẩn phẩm đỉnh bằng nhiệt độ hồi lưu)

- Vẽ đường cong cân bằng theo số liệu cân bằng lỏng-hơi

- Vẽ đường nông độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng như lý thuyết đã học (chú

ý đổi nồng độ từ phần khối lượng hay phần thể tích ra phần

mol)

Ta có phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện

y = x R

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng:

R

L R

: Lượng hỗn hợp đầu tính theo một đơn vị của sản phẩm đỉnh

- Xác định số đĩa lý thuyết xuất phát từ xp(hay xW), các đường nằm ngang và thẳng đứng giữa đường cân bằng và đường làm việc; đếm số tam giác thu được thì chính đó

là số đĩa lý thuyết Nlt

2 Xác đinh chiều cao tương ứng của một bậc thay đổi nồng độ:

Chiều cao tương ứng của một bậc thay đổi nồng độ xác định theo công thức :

h0 =

lt N

H

Ở đây

h0 - Chiều cao tương ứng

của một bậc thay đổi nồng độ

H - Chiều cao của đệm, m

Chiều cao thápđoạn chưng H2= 600mm

Số đĩa của tháp đoạn luyện N1 = 2

Số đĩa của tháp đoạn chưng N1 = 3

Đun nóng nguyên liệu đầu bằng điện trở, còn đun sôi ở đáy tháp bằng điện trở

Hệ thống thí nghiệm này cho phép ta quan sát được chế độ làm việc ở mỗi đĩa của tháp

4 Bảng số liệu cân bằng pha lỏng- hơi của hệ rượu ethylic - nước tại áp suất p = 760

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

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 của tháp

V SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM (Xem hình vẽ)

1 Nồi đun đáy tháp chưng

2 Ống đo mức lỏng trong nồi đun đáy

3 Thân tháp chưng cất

4 Bơm nguyên liê ̣u đầu

5 Lưu lượng kế dòng nhâ ̣p liê ̣u

6 Bơm lượng hồi lưu

7 Lưu lượng kế dòng hồi lưu

8 Thiết bi ̣ ngưng tu ̣ sản phẩm đỉnh

9 Thùng chứa sản phẩm đỉnh

10 Thùng chứa nguyên liê ̣u đầu

VI THỨ TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Kiểm tra :

- Hệ thống thiết bị thí nghiệm theo sơ đồ

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

2 Chuẩn bị :

- Nguyên liệu đầu có nồng đô ̣ 10% thể tích Na ̣p vào nồi đun đáy sao cho chiều cao mực chất lỏng trong ống thủy đa ̣t 20cm

- Bật công tắc nguồn của hê ̣ thống

- Chạy hệ thống gia nhiệt ở đáy tháp

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

sôi

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 thì tiến hành đo :

-Lượng sản phẩm đỉnh P và nồng độ của nó xp(Đo 3 lần lấy trung bình )

- Lượng nguyên liệu đầu F và nồng độ của nó xf (Đo 3 lần lấy trung bình )

- Nhiệt độ sản phẩm đáy xw (Đo 3 lần lấy trung bình )

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

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

6 Sau khi đã lấy xong các số liệu thì dừng thí nghiệm:

- Tắt gia nhiệt nguyên liệu đầu

- Ngừng gia nhiệt đầu và tắt hệ thống điện

- Nhiệt độ trung bình cần giảm còn 40 50 0

C, đóng van nước giải nhiê ̣t

7 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

VII PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

1 Tính cân bằng vật liệu Tính giống như ở phần tháp đệm

2 Tính cân bằng nhiệt lượng: tính giống như phân tháp đệm, nhưng chú ý là nhiệt độ của lớp cách nhiệt ở hai đoạn tháp khác nhau nên tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh có khác nhau Để đơn giản, ta coi như không có mất mát

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

a Xác định số bậc thay đổi nồng độ giống như phần tháp đệm

b Xác định hiệu suất của tháp

tt

lt N

tw (0

C)

Nhiệt

độ hỗn hợp đầu vào tháp t

tP(0

C)

Nồng

độ sản phẩm đỉnh

xp(Phần mol)

Nồng

độ sản phẩm đáy

xw(Phần mol)

Nồng

độ nhâ ̣p liê ̣u

xF(Phần mol)

Chiều cao mực chất lỏng lúc đầu

hF(m)

Chiều cao mực chất lỏng lúc sau

hw (m)

Lượng sản phẩm đỉnh

Vp(ml)

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

1 HÓA CHẤT, DU ̣NG CỤ, CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Nồng

đô ̣ Sản phẩm đỉnh xD(%V)

Nồng

đô ̣ Sản phẩm đáy xD(%V)

Thời gian chưng cất t (phút)

Chiều cao

cô ̣t sản phẩm đáy

H2

Nhiê ̣t

đô ̣ đáy tháp

tw(0C)

Nhiê ̣t

đô ̣ đỉnh tháp

tD(0C)

3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN :

 Thể tích nguyên liê ̣u đầu F (ml)

 Cân bằng vâ ̣t chất: tính lượng sản phẩm đáy

 Lượng sản phẩm đáy tính từ H2

 Tính số đĩa lý thuyết

 Tính cân bằng năng lượng cho quá trình

4 BÀN LUẬN

 So sánh lượng sản phẩm đáy tính được bằng 2 cách Giải thích

 So sánh số đĩa lý thuyết tính được với số đĩa thực tế Giải thích

5 TRẢ LỜI CÂU HỎI

 Nhiê ̣t đô ̣ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình chưng cất?

 Cho biết phần chưng và phần cất được xác đi ̣nh như thế nào?

 Áp suất làm viê ̣c của hê ̣ thống là bao nhiêu? Ta ̣i sao biết?

 Mô tả la ̣i sơ đồ hê ̣ thống chưng cất

6 TÀI LIỆU THAM KHẢO

BÀI 4 : THÍ NGHIỆM CÔ ĐẶC

- Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể

- Thu dung môi nguyên chất

Cô đặc có thể tiến hành ở áp suất dư, áp suất thường hoặc áp suất chân không,

có thể tiến hành liên tục hay gián đoạn trong hệ thống thiết bị một nồi (một thiết bị) hay nhiều nồi theo sơ đồ xuôi chiều, ngược chiều hay chéo dòng Hơi dung môi bay ra trong quá trình cô đặc (thường là hơi nước ) gọi là “hơi thứ” Hơi thứ thường có nhiệt

độ cao, ẩn nhiệt hóa hơi lớn nên được sử dụng làm hơi đốt cho các nồi cô đặc ngay trong cùng một hệ thống

Phương pháp cô đặc chân không để cô đặc các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và

dễ bị phân hủy vì nhiệt Khi cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm, nên có thể sử dụng được hơi thứ của nồi cô đặc trước làm hơi đốt cho nồi sau, làm tăng hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt dộ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch, đồng thời giảm được tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh

2 Cân bằng vật liệu của hệ thống cô đặc hai nồi

W = Gđ ( 1 – xđ/xc ), kg/s (3)

ở đây : W1, W2 : lượng hơi thứ bay hơi ở nồi A và nồi B

W2: được đo ở bình lường S1;

ở đây x1 : nồng độ dung dịch ra khỏi nồi A

3 Cân bằng nhiệt lượng cho nồi cô đặc thứ nhất

Hình 1 Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống cô đặc hai nồi

Do sản phần của nồi thứ hai (G2) được lấy ra không liên tục (thường sau khi dừng thí nghiệm mới lấy ra), chính vì vậy ở bài thí nghiệm này, tính cân bằng nhiệt lượng sẽ được thực hiện cho nồi thứ nhất,

Phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi thứ nhất có dạng:

D.i’ + Gd.Gd.td= W1.i’1 + G1.C1.tS1 + D.θ1.Cn + Qm1 + Qcd1 (6) Lượng nhiệt do hơi đốt cấp cho nồi thứ nhất:

Trong đó:

- D, i1, θ1, Cn , r1: lượng hơi đốt, hàm nhiệt hơi đốt, nhiệt độ, nhiệt dung riêng và ẩn nhiệt hóa hơi của nước ngưng

- Gd, Cd, td : lượng dung dịch đầu, nhiệt dung riêng và nhiệt độ dung dịch đầu

- W1, i’1: lượng hơi thứ, hàm nhiệt hơi thứ

- G1, C1, tS1: lượng dung dịch, nhiệt dung riêng và nhiệt độ sôi của dung dịch đi ra từ nồi 1

- Qm1, Qcd1: lượng nhiệt mất ra môi trường xung quanh và nhiệt cô đặc tại nồi một ( Qm1+ Qcd1 ) chấp nhận bằng 5% lượng nhiệt cấp cho quá trình cô đặc tại nồi một

Từ phương trình ( 6 ) và ( 7 ) có thể tính được lượng hơi đốt cần thiết D nhiệt Q1

cấp cho nồi cô đặc thứ nhất

II Mục đích và yêu cầu thí nghiệm:

1 Nắm vững cấu tạo, nguyên tắc làm việc của các thiết bị và máy trong sơ đồ dây chuyển hệ thống cô đặc hai nồi

2 Tính cân bằng vật liệu

3 Tính cân bằng nhiệt lượng của nồi thứ nhất ( xác định D và Q1 )

III Sơ đồ cấu trúc hệ thống cô đặc hai nồi:

Hình 2 : Sơ đồ cấu trúc của hệ thống cô đặc

Chú thích:

1.- Hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều

2 - Thiết bị xử lý nước cứng bằng trao đổi ion

3 Nồi hơi

IV Trình tự tiến hành thí nghiệm

1 Chuẩn bị trước khi vận hành hệ thống cô đặc

1.1 Tìm hiểu hệ thống

- Các thiết bị chính ( 2 nồi cô đặc A và B )

- Các thiết bị phụ: bơm ly tâm, bơm chân không vòng nước, thiết bị ngưng tụ, đường tháo nước ngưng

- Các thùng chứa dung dịch

- Hệ thống đường ống, van, khóa

- Hệ thống phụ trợ: nồi hơi, thiết bị xử lý nước cứng bằng phương pháp trao đổi ion

1.2 Chuẩn bị vận hành

- Mở van nước cấp cho thiết bị trao đổi ion

- Tháo bớt một phần nước trong nồi hơi ( nếu đầy): mở đồng thời van xả nước

và van xả khí trên đường ống dẫn hơi đốt Khi nước trong nồi hơi đã đạt mức cần thiết, đóng hai van đó lại

- Đóng các cầu dao điện cấp điện cho tủ điện, nồi hơi và hệ thống cô đặc

- Kiểm tra áp suất nồi hơi, khi vượt quá 5at phải thay đổi giá trị đặt của áp suất hơi bằng cách chỉnh các Rơle áp suất

- Mở van cấp nước bơm chân không P2

- Kiểm tra mức nước ở bình chứa nước ngưng S3 Nếu đầy phải tháo ra ngoài Chú ý nên để lại 1 lượng nhỏ nước ngưng ở bình S3

2 Vận hành

- Bơm dich từ thùng chứa nguyên liệu đầu vào nồi cô đặc A bằng bơm P1, mở

van hơi cho hơi nóng từ nồi hơi sang đun nóng nồi A

- Các thông số áp suất, nhiệt độ sẽ được hiển thị trên bộ điều khiển bằng tay

3 Lấy số liệu

- Ghi số liệu về mức dung dịch ở thùng chứa nguyên liệu đầu S1 và bình chứa nước ngưng S3 ở thời điểm bắt đầu và kết thúc Nên lấy thời điểm bắt đầu đo là thời điểm sau khi hơi thứ của nồi B xuất hiện ( bắt đầu thấy xuất hiện nước ngưng ở thiết bị ngưng tụ) Thời gian thí nghiệm kéo dài 30 – 40 phút Lượng hơi thứ trong thùng S3 được lấy đo bằng ống đong

- Lấy mẫu dung dịch: dung dịch ban đầu có thể lấy ở bất kỳ thời điểm nào qua van VS1, còn dung dịch ra khỏi nồi A (van VS2) và nồi B (van VS3) chỉ lấy sau khi dừng hệ thống Nồng độ các dung dịch được đo bằng chiết quang kế

 Phá chân không trong các nồi cô đặc bằng van V11, V12

 Khi bơm về S2: mở van V9, V14, khởi động bơm P4 bằng cách nhấn vào biểu tượng bơm hồi dung dịch

- Ghi sổ nhật ký thí nghiệm: thời gian, nhóm, lớp, danh sách nhóm, các số liệu thí nghiệm

5 Xử lý khi gặp sự cố

- Khi áp suất trong nồi hơi cao quá mức cho phép mà Rowle không tự ngắt, cần tắt điện nồi hơi

- Khi có sự cố trong hệ thống cô đặc cần phải tắt ngay cầu dao tổng

- Báo cáo với cán bộ thí nghiệm những hiện tượng không bình thường, không được

tự tiện xử lý nếu không được phép

1 Kết quả thí nghiệm:

- Nhiệt độ, áp suất hơi đốt tại nồi một: T1 = ………… (oC); P1=………… (at)

- Nhiệt độ dung dịch đầu: Tđ = ……….(oC)

- Nhiệt độ, áp suất hơi thứ tại nồi một: Tht1 = ……….(oC); Pht1= ………… (at)

2 Tính toán cân bằng vật liệu

- Lượng dung dịch đầu đi vào hệ thống cô đặc:

Gđ = ((S1 – S1 ) 10.)/Δ , kg/s ( 8 )

S1 là độ cao bình, dm Ứng với diện tích mặt thoáng 10 dm2

 : khối lượng riêng của dung dịch, kg/lít Sổ tay tập I, hoặc dùng tỷ trọng kế để đo

- Lượng nước ngưng tụ thu được:

W2 = ( S3 nước)/Δ , kg/s ( 9 )

S3 thể tích nước ngưng, lit (dm3)

nước= 1kg/lít

- Tính W – Tổng lượng hơi thứ bay hơi trong thời gian cô đặc Δ theo pt( 3 )

- Tính W1 – lượng hơi thứ bay hơi sau thời gian cô đặc Δ ở nồi A theo phương trình (4) ( W1có thể tính kiểm tra theo phương trình (5)

- Tính nồng độ dung dịch ra khỏi nồi A theo phương trình :

X1 = Gđ.xđ/ (Gđ – W1) ( 10 )

Thời

gian

Mức dung dịch trong bình S1x 10

Nồng độ % khối lượng Mức nước ngưng

xđ x1 x2 Khi bắt

đầu S30

Khi kết thúc S31

3 Tính cân bằng vật liệu của nồi một

- Tra cứu hàn nhiệt ( i ) của hơi đốt và hơi thứ theo nhiệt độ

- Tra cứu nhiệt độ sôi, nhiệt dung riêng của dung dịch trong nồi một, căn cứ vào nồng

độ X1 đo được

- Xác định lượng hơi thứ bay ra ở nồi một ( W1 )

- Tính lượng hơi đốt D theo phương trình ( 6 )

- Tính lượng nhiệt Q1 cấp cho nồi cô đặc thứ nhất theo phương trình (7)

A, B – Nồi cô đặc

C– Thiết bị làm lạnh

P1 – Bơm tải hỗn hợp đầu, bơm sản phẩm cô đặc

P2 – Bơm chân không vòng nước

P3 – Bơm cấp nước vào nồi hơi

S1 – thùng chứa hỗn hợp đầu cần cô đặc

S2 – thùng chứa sản phẩm cô đặc

S3 – Thùng chứa lượng hơi thứ nồi B ngưng tụ

T1, T2 – can nhiệt hiển thị nhiệt độ nồi A, nồi B

AP1, AP2, AP3 – đồng hồ đo áp suất nồi A, nồi B, nồi hơi

Các van

VV1 - Van hơi vào nồi A

VV2 – Van hơi vào nồi B

VV3 –Hơi thứ từ nồi A sang nồi B

VS1 – van lấy mẫu hỗn hợp đầu cần cô đặc

VS2 – van lấy mẫu sản phẩm cô đặc sau nồi A

VS3– van lấy mẫu sản phẩm cô đặc ở nồi B

C1, C2 Cốc tháo nước ngưng nồi A, nồi B

V1 – van cho hỗn hợp đầu vào nồi cô đặc A

V2 – van cho hỗn hợp đầu vào nồi cô đặc B

V3 – van tháo sản phẩm cô đặc sau nồi A

V4 – van tháo sản phẩm cô đặc sau nồi B

V5 – Van điều chỉnh hút dịch nồi A

V6 – Van điều chỉnh hút dịch nồi B

V8 – Van cấp dịch vào thùng chứa sản phẩm

V9 – Van xả đáy thùng chứa sản phẩm cô đặc

V10 – Van xả đáy thùng chứa nguyên liệu đầu

V11 – Van xả áp nồi A

V12 – Van xả áp nồi B

V13 – Van tiết lưu

V14 – Van xả nước ngưng nồi B

V15 –Van điều chỉnh lượng hơi vào bơm chân không

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

I HÓA CHẤT, DU ̣NG CỤ, CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

 Hóa chất:

 Du ̣ng cu ̣

 Cách tiến hành thí nghiê ̣m

II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

III KẾT QUẢ TÍNH TOÁN :

a Cân bằng vâ ̣t chất

1.1 Nồi 1

 Tính tổng lượng hơi thứ W 1.2 Nồi 2

 Tính tổng lượng hơi thứ W

 Tính lượng hơi thứ bay hơi ta ̣i nồi 1 W1

b Cân bằng năng lươ ̣ng

2.1 Nồi 1 2.2 Nồi 2

IV BÀN LUẬN

V TRẢ LỜI CÂU HỎI

a Giải thích ta ̣i sao nhiê ̣t đô ̣ sôi của dung di ̣ch ở 2 nồi là khác nhau?

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

c Tác nhân cấp nhiê ̣t cho buồng đốt của 2 nồi là gì? Nhiê ̣t đô ̣ bao nhiêu?

d Giải thích cơ chế của quá trình cô đă ̣c?

e Mô tả la ̣i sơ đồ hê ̣ thống cô đă ̣c?

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO

BÀI 5: BƠM LY TÂM

1 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

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Các thông số cơ bản của bơm

 Năng suất bơm (lưu lượng bơm): thể tích lưu chất mà bơm cung cấp vào đường ống đẩy trong một đơn vị thời gian

 vh và vđ: vận tốc dòng chảy trong ống hút và ống đẩy (m/s),

 Ah và Ađ: tiết diện ống hút và ống đẩy (m2)

 Công suất bơm: năng lượng tiêu hao để tạo ra lưu lượng Q và cột áp H của bơm

Q.H.ρ.g

 H: cột áp của bơm (m),

 : hiệu suất bơm,

 Trên thực tế công suất bơm thường được đo bằng đơn vị HP (Horse Power), 1HP = 0,75 kW

 Cột áp bơm: áp suất lưu chất tại miệng ra ống đẩy của bơm hay là năng lượng riêng của lưu chất thu được khi đi từ ống hút sang ống đẩy của bơm

5

2 i

i=1

 Chiều cao hút của bơm:

Điều kiện xác định chiều cao hút:

 Lưu chất chuyển động trong bánh guồng không bị tổn thất, không có ma sát và không bị nén

 Sự chuyển động của lưu chất trong bơm: chuyển động dọc theo rãnh từ tâm ra ngoài bánh guồng theo phương bán kính và quay cùng guồng cánh

 Năng lượng của guồng cánh truyền cho lưu chất khi chuyển động từ cửa vào đến cửa ra bằng năng lượng của moomen xung lực

Hình 2.9: Cánh bơm ly tâm và sơ đồ vận tốc lưu chất chuyển động trong cánh bơm 2.4 Phương trình cơ bản của bơm ly tâm – phương trình Euler:

u1, u2: vận tốc vòng lưu chất khi đi vào và đi ra bánh guồng;

C1, C2: vận tốc tuyệt đối của lưu chất đi vào và đi ra bánh guồng;

1, 2: góc vào và 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

2.5 Cột áp lý thuyết phụ thuộc vào dạng guồng cánh

Để giảm va đập khi lưu chất chuyển động vào cửa bánh guồng cũng như giảm tổn thất năng lượng, lưu chất chảy vào guồng theo phương bán kính (1 = 90o)

C1r

C2u

C1u

u - u C cotgβ

g

C2r: vận tốc hướng kính (hình chiếu của C2 trên phương bán kính r2;

β2: góc nghiêng của guồng cánh (góc tạo giữa vận tốc vòng và vận tốc tương đối)

(I) Guồng cánh thẳng góc theo hướng bán kính: β2 = 90o, cotgβ2 = 0

2 2 LT

h = 0,7 ÷ 0,9: hiệu suất thủy lực (hydraulic);

•  = 0,8 ÷ 1: bơm có thiết bị hướng dòng

•  = 1 ÷ 1,3: bơm không có thiết bị hướng dòng

r1 và r2: bán kính trong và ngoài của bánh guồng

2.7 Đường đặc tuyến bơm ly tâm– cách xây dựng

Thông số cơ bản của bơm: cột áp H, năng suất Q, công suất tiêu thụ N, hiệu suất 

và số vòng quay của rotor n

Theo lý thuyết: Q, H, N và n được ghi trên thân bơm ứng với max

Trên thực tế: Q, H thay đổi  N, , n thay đổi

Thực nghiệm: thay đổi độ mở 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 và Q–

Quan hệ Q–H: n = const, khi bơm làm việc ổn định thì Q  và H 

Đường đặc tuyến chung: gồm dãy các đường cong Q–H ứng với n khác nhau và các đường  = const của các đường Q–H

Hình : Đặc tuyến bơm ly tâm (characteristic curves)