BÁO cáo THÍ NGHIỆM CHUYỂN KHÔI

 Xác định quan hệ giữa vận tốc sấy và độ ẩm của vật liệu.. Sơ đồ thí nghiệm Nguyên tắc làm việc của hệ thống sấy bằng không khí nóng như sau: Không khí ở bên ngoài được quạt 1 hút qua

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Môn: Chuyển khối trong công nghệ môi trường

BÀI 1 SẤY BẰNG KHÔNG KHÍ NÓNG

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

 Làm quen và nắm được phương pháp thao tác sấy bằng không khí nóng

 Xác định quan hệ giữa vận tốc sấy và độ ẩm của vật liệu

 Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy

2 SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM

2.1 Sơ đồ thí nghiệm

Nguyên tắc làm việc của hệ thống sấy bằng không khí nóng như sau:

Không khí ở bên ngoài được quạt (1) hút qua cửa hút, rồi được đun nóng trong caloriphe điện (2) Khống chế nhiệt độ không khí nhờ hệ thống nhiệt kế tiếp xúc và bộ điều kiển nhiệt Độ ẩm của không khí trước và sau buồng sấy (3) xác định bằng ẩm

kế Vật liệu ẩm xếp vào các khay được đặt trong khung trong buồng sấy Khung được treo trên đĩa cân (4) Quan sát sự thay đổi khối lượng vật liệu sấy trên chỉ số của cân Điều chỉnh lưu lượng không khí sấy nhờ van lật Tốc độ không khí đi trong buồng sấy xác định bằng phong kế nhiệt (5)

2.2 Tiến hành thí nghiệm

 Ngâm ướt vật liệu: yêu cầu không khấy đảo, không làm mất mát

 Quan sát và kiểm tra hệ thống thí nghiệm

 Đổ nước vào ẩm kể và chuẩn bị dụng cụ đo (đồng hồ bấm giây, ẩm kế)

 Mở quạt và đóng cầu dao để tăng nhiệt cho caloriphe

 Đợi khi nhiệt độ không khí sấy (tác nhân sấy) ổn định thì cho vật liệu buồng sấy Đọc số chỉ trên cân

 Cứ sau 5 phút(kể từ khi vật liệu được đưa vào buồng sấy), đọc và ghi số chỉ trên cân 1 lần Tiến hành như vậy cho đến khi số chỉ trên cân không đổi trong 3 lần đo liên tiếp thì ngừng thí nghiệm

 Ngắt cầu dao, tắt quạt, lấy và quan sát vật liệu (chú ý không làm mất mát vật liệu trong khay) Ghi các số liệu thu được (chú ý: phải ngắt cầu dao của caloriphe trước sau đó khoảng 5 phút mới được tắt quạt)

3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Phương pháp tính toán:

 Lượng ẩm ban đầu có trong vật liệu:

Trong đó: Gu – khối lượng của vật liệu ướt, g

Gk – khối lượng của vật liệu khô tuyệt đối, g

 Lượng ẩm bay hơi:

Với G1, G2 – khối lượng vật liệu ứng với thời gian

 Lượng ẩm chứa trong vật liệu:

F – diện tích khay sấy, m2

Số chỉ của nhiệt kế Số chỉ của

Lượng

ẩm trong vật liệu

Lượng

ẩm trong vật liệu tính theo vật liệu khô tuyệt đối

Vận tốc sấy U Nhiệt

kế khô t 1

3.2 Đồ thị đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy

Hình 1.2 Đường cong sấy

Hình 1.3 Đường cong tốc độ sấy

A

B

K 0.0

4 NHẬN XÉT

1) Nhận xét đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy

Đường cong sấy:

Ở giai đoạn đẳng tốc: Đường cong sấy giảm đều như một đường thẳng xiên do

hàm ẩm của vật liệu giảm dần theo thời gian

Ở giai đoạn giảm tốc: Đường cong sấy chuyển từ đường thẳng xiên sang nằm

ngang,sự giảm không đều

Đường cong tốc độ sấy:

Ở giai đoạn đẳng tốc: Đường cong tốc độ sấy tuy có độ chênh lệch nhưng gần

giống như một đường thẳng song song với trục hoành (trục X)

Ở giai đoạn giảm tốc: Đường cong sấy giảm nhanh

2) Ở các chế độ khác nhau thì thời gian sấy thay đổi như thế nào? Ở chế độ nào có

lợi hơn? Trên thực tế thì nhiệt độ càng cao thì thời gian sấy càng giảm

3) Nguyên nhân dẫn đến sai số trong thí nghiệm và tính toán

Khoảng thời gian giữa 2 lần cân không đều nhau

Cân và đọc số liệu không hoàn toàn chính xác do khối lượng vật liệu luôn thay

đổi theothời gian

Mô hình thí nghiệm trong phòng thí nghiệm chỉ là mô hình mô phỏng, đôi khi còn có hỏng hóc, ngừng quá trình sấy ngay trong thời gian sấy nên không đảm bảo

được thời gian sấy và độ chính xác

BÀI 2 XÁC ĐỊNH TRỞ LỰC THÁP ĐỆM 1.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Xác định hệ số ma sát của đệm khô và đệm ướt Tìm sự phụ thuộc giữa hệ số

ma sát với chuẩn số Reynon khi ứng với các lưu lượng lỏng khác nhau

- Đường kính trong của tháp: D = 75 mm

- Tháp đổ đầy đệm thủy tinh, kích thước đệm

Các áp kế chữ U, lưu lượng kế phải ở vị trí “0” Chỉ sau khi kiểm tra đầy đủ tất

cả và nắm vững phương pháp tiến hành thí nghiệm, sinh viên mới được làm thí nghiệm

A Đo trở lực đệm khô

1) Chạy máy thổi khí

2) Mở van C2 điều chỉnh lưu lượng khí cần thiết Đợi đến khi lưu lượng khí đi vào tháp ổn định thì bắt đầu ghi các số liệu

Chênh lệch áp suất giữa đáy tháp và đỉnh tháp

Trong đó: là chênh lệch cột nước của 2 áp kế chữ U

Lưu lượng khí đi vào tháp VK ở lưu lượng kế F2 Tiến hành thí nghiệm lặp lại 6 – 8 lần với các lưu lượng khí VK khác nhau Kết quả thí nghiệm thu được và tính toán ghi vào bảng…

B Đo trở lực của đệm ướt

1) Bật bơm để tưới nước vào tháp

Chờ cho mực nước trong ống xả đáy dâng lên đến ngưỡng chảy tràn mở van C4 để cho nước quay về thủng chứa Điều chỉnh van C4 sao cho mức nước luôn giữ ở vạch cũ

2) Chạy máy thôi khí

Dùng van C2 điều chỉnh lưu lượng khí vào tháp theo số liệu cần thiết Làm 3 thí nghiệm, mỗi thí nghiệm tương ứng với một giá trị lưu lượng nước nhất định (2 l/phút, 3 l/phút, 4 l/phút) Cữ mỗi lưu lượng nước nhất định, ta đo giá trị trở lực đệm ướt với nhiều giá trị khác nhau của lưu lượng khí đi vào tháp Kết quả thí nghiệm và tính toán ghi vào bảng 2.1

3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TÍNH TOÁN VÀ DỰNG ĐỒ THỊ

3.1 Đo trở lực đệm khô

 Phương pháp tính toán

Xác định hệ số ma sát theo công thức:

Với: l – chiều cao của lớp đệm, m

dtd – đường kính tương đương của đệm, m

– khối lượng riêng của pha khí, kg/m3

Wt – vận tốc thực của khí đi trong tháp, m/s

W0 – vận tốc khí trong toàn bộ tiết diện ngang của tháp, m/s

Vtd – thể tích tự do của đệm, m3/m3 Pha khí là khí CO2 có khối lượng riêng và độ nhớt của khí Ta tính được chuẩn số Reynon theo công thức:

Từ kết quả thí nghiệm và tính toán ta có bảng sau:

λK

Trong đó:

m – hệ số phụ thuộc vào kích thước đệm và mật độ tưới

(

)

√( )

– chuẩn số Reynon của pha lỏng

– lưu lượng lỏng, m3/s

f – tiết diện ngang của tháp, m2

– độ nhớt của lỏng, Ns/m2

Kết quả thí nghiệm và tính toán được thể hiện ở bảng:

 Dựng đồ thị phụ thuộc

Hình 2.3 Quan hệ giữa và ứng với các mật độ tưới khác nhau

Hình 2.4 Quan hệ giữa và ứng với các mật độ tưới khác nhau

Hình 2.5 Quan hệ giữa λ và trong các điều kiện đệm khác nhau

4 NHẬN XÉT THÍ NGHIỆM

Giản đồ λ theo ReK biểu diễn sự phụ thuộc của trở lực tháp đệm vào lưu lượng dòng lưu chất Từ đồ thị, nhận thấy khi lưu lượng dòng tăng lên thì trở lực của tháp giảm dần, kết quả này thu được từ quá trình thí nghiệm

 Quá trình hấp thụ với đệm khô: khi Re tăng thì λK giảm dần

 Quá trình hấp thụ với đệm ướt: khi Re tăng thì λK cũng giảm dần và chia thành

các vùng rõ rệt

Tuy nhiên trong quá trình làm thí nghiệm cũng có nhiều sai số Những nguyên

nhân có thể dẫn đến sai số là do:

 Lưu lượng dòng chất lỏng và dòng khí không ổn định

 Mức nước ở ống xả đáy có thể bị dâng quá mức chảy làm cho mực nước xâm nhập vào ống đo độ chênh áp làm ảnh hưởng đến kết quả

 Ma sát giữa dòng khí có tốc độ lớn với ống dẫn làm ống nóng lên và làm tăng thể tích khí làm áp suất trong tháp tăng theo, gây ảnh hưởng đến độ chênh áp

BÀI 3 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CHUYỂN KHỐI 1.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Tìm quan hệ phụ thuộc giữa lưu lượng lỏng với hệ số chuyển khối Kx

2.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM

2.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm

Sơ đồ hệ thống thí nghiệm có kết cấu giống sơ đồ thí nghiệm bài 2 (hình 2.1) Dung môi được bơm ly tâm hút từ thùng chứa qua lưu lượng kế F1 vào đỉnh tháp, sau đó theo ống dẫn về thùng chứa Không khí đẩy qua lưu lượng kế F2 được trộn với CO2 từ bình chứa qua lưu lượng kế F3 rồi vào tháp hấp thụ đi từ dưới lên Trong tháp dung môi và hỗn hợp khí chuyển động ngược chiều Hai pha tiếp xúc nhau

và quá trình hấp thụ dược tiến hành

Đặc tính kỹ thuật của tháp đệm:

 Đường kính trong của tháp D = 75 mm

 Tháp đổ đầy đệm thủy tinh, kích thước đệm

 Chiều cao lớp đệm l = 1,4 m  Bề mặt riêng của đệm: ⁄

 Thể tích tự do của đệm: ⁄

 Nhiệt độ làm việc

 Áp suất làm việc

2.2 Trình tự tiến hành thí nghiệm

Trước khi chạy máy phải kiểm tra lại tất cả các bộ phận ở trên thiết bị Các van trước khi mở máy đều ở vị trí đóng kín Áp kế chữ U, các lưu lượng kế ở vị trí “0”

 Trình tự thí nghiệm:

- Đổ nước vào thùng chứa khoảng ¾ dung tích chứa

- Đóng điện cung cấp cho thiết bị

- Mở van C1 và bật công tắc bơm, dùng van C1 để điều chỉnh lưu lượng cần thiết trên lưu lượng kế F1

- Chạy máy thổi khí Mở van C2 điều chỉnh lưu lượng khí qua F2 khoảng 10% lưu lượng lớn nhất

- Từ từ mở van giảm áp trên bình CO2 và điều chỉnh van C3 giữ lưu lượng khí qua F3 bằng một nửa lưu lượng khí qua F2 Phải duy trì mức nước làm kín đáy tháp, nếu cần điều chỉnh van C4

- Đợi khi chế độ làm việc trong tháp ổn định thì bắt đầu lấy mẫu lỏng để phân tích, tại các điểm S4, S5 mỗi lần lấy khoảng 250 ml Thông thường thời gian kể

từ khi tháp bắt đầu làm việc đến lúc ổn định khoảng 15 – 20 phút

Làm 6 thí nghiệm với vận tốc khí không đổi và lưu lượng dung môi thay đổi từ nhỏ đến lớn

Mỗi thí nghiệm nhớ ghi tất cả các số chỉ của dụng cụ đo:

- Chênh lệch áp suất tại đầu vào và đầu ra của hỗn hợp khí

- Lưu lượng lỏng

- Lưu lượng khí

 Các hóa chất chuẩn bị:

a, Chất chỉ thị phenolphthalein

b, Dung dịch chuẩn NaOH 0,027 M

c, Dung dịch chuẩn NaHCO3 0,01 M

Để nhận được kết quả tốt nhất nên sử dụng dung dịch mà chuẩn để so sánh, bằng cách thêm cùng một lượng chất chỉ thị phenolphthalein vào 100 ml dung dịch NaHCO3

Lượng CO2 tự do trong nước được tính theo công thức sau:

– bề mặt riêng của đệm m2

/m3

V – thể tích của đệm trong tháp, m3Động lực trung bình của quá trình tính theo pha lỏng:

Với:

3.3 Tính toán và dựng đồ thị quan hệ giữa hệ số cấp khối với lưu lượng lỏng

Xét phương trình chuyển khối của cả quá trình:

Do khí CO2 khó hòa tan vào dung môi là nước nên hệ số truyền chất Ky coi như bằng hệ số cấp chất trong pha lỏng, còn trờ lực trong pha khí không đáng kể, tức là:

Khi đó, phương trình (*) sẽ có dạng:

Bước 1: Xác định động lực trung bình quá trình tính theo pha lỏng

 Thiết lập phương trình cân bằng

Phương trình cân bằng có dạng:

Khí hấp thụ là CO2 ở có và

Ta xác định được :

Tính toán ta lập được bảng số liệu đường cân bằng như sau:

Bảng 3.2 Số liệu đường cân bằng

 Thiết lập phương trình đường làm việc

Ta có: lần lượt là 2, 3 và 4 (l/phút)

⁄ ⁄

Phương trình đường làm việc có dạng với hệ số góc A tương ứng được tính theo công thức:

Bàng 3.3 Số liệu đường làm việc

Từ các việc thiết lập phương trình đường làm việc và phương trình đường cân bằng, ta xác định được động lực trunh bình quá trình (theo pha lỏng) trong bảng:

Bước 2: Xác định lượng vật chất pha lỏng đã hấp thụ

Lượng vật chất pha x đã hấp thụ được xác định theo phương trình cân bằng vật liệu sau:

Và kết quá được thể hiện trong bàng 3.4

Bước 3: Xác định bề mặt tiếp xúc pha

Bề mặt tiếp xúc pha là:

Với: σ – bề mặt riêng của đệm, m2/m3

V – thể tích của đệm trong tháp, m3Qua ba bước 1, 2 và 3 ta tìm được các giá trị cần thiết, thay vào công thức (**),

ta được bảng sau:

Bước 4: Dựng đồ thị quan hệ giữa hệ số cấp khối với lưu lượng lỏng

Hình 3.1 Đồ thị quan hệ giữa hệ số cấp khối βx với lưu lượng lỏng F 1

4.NHẬN XÉT KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

MÔN HỌC: CHUYỂN KHỐI TRONG CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG