BÁO CÁO THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

1 TỔNG QUAN 1.1 Các Khái Niệm 1.1.1 Truyền nhiệt Truyền nhiệt là một quá trình phức tạp xẩy ra đồng thời cả 3 quá trình trao đổi nhiệt cơ bản như: dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt 1.1.2 Chiều quá trình Trong tự nhiên, quá trình truyền nhiệt chỉ xẩy ra theo một chiều từ nơi có nhiệt độ cao tới nơi có nhiệt độ thấp. 1.1.3 Chất tải nhiệt Chất tải nhiệt là chất mang nhiệt từ nơi này tới nơi khác, từ môi trường này tới môi trường khác theo quy luật tự nhiên. 1.1.4 Truyền nhiệt trực tiếp Là quá trình truyền nhiệt mà chất tải nhiệt tiếp xúc trực tiếp với vật liệu 1.1.5 Truyền nhiệt gián tiếp Là quá trình truyền nhiệt mà chất tải nhiệt không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mà thông qua vật liệu ngăn. 1.1.6 Truyền nhiệt ổn định Là quá trình truyền nhiệt mà nhiệt độ chỉ thay đổi theo không gian chứ không thay đổi theo thời gian. 1.1.7 Truyền nhiệt không ổn định Là quá trình truyền nhiệt mà nhiệt độ thay đổi theo cả không gian và thời gian 1.1.8 Trường nhiệt Trường nhiệt đặc trương cho đổ nóng của vật liệu là nhiệt độ (t, [ oC]; K, [oK] ). Tập hợp tất cả các giá trị nhiệt độ của vật hoặc của môi trường gọi là trường nhiệt. 1.1.9 Nhiệt trường ổn định Là nhiệt trường mà nhiệt độ chỉ thay đổi theo không gian àm không thay đổi theo thời gian 1.1.10 Nhiệt trường không ổn định Là nhiệt trường mà nhiệt độ thay đổi theo cả không gian và thời gian. 1.1.11 Mặt đẳng nhiệt Là tập hợp tất cả các chất điểm có nhiệt độ bằng nhau

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÁO CÁO THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

Giảng viên hướng dẫn : Võ Văn Sim Sinh viên thực hiện: Đỗ Thanh Sơn Lớp: 05DHHH3

MSSV: 2004140384

Hồ Chí Minh 12/2016

MỤC LỤC

BÀI 1 THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG 3

1 TỔNG QUAN 3

2 TÍNH TOÁN 5

BÀI 2 THÍ NGHIỆM SẤY ĐỐI LƯU 24

1 TỔNG QUAN 24

2 TÍNH TOÁN 27

BÀI 3 THÍ NGHIỆM CÔ ĐẶC 31

1 TỔNG QUAN 31

2 TÍNH TOÁN 33

BÀI 4 THÍ NGHIỆM MẠCH LƯU CHẤT 35

1 TỔNG QUAN 35

2 TÍNH TOÁN 37

BÀI 5 THÍ NGHIỆM HẤP THU 42

1 TỔNG QUAN 42

2 TÍNH TOÁN 44

BÀI 6 THÍ NGHIỆM LỌC KHUNG BẢNG 53

1 TỔNG QUAN 53

2 TÍNH TOÁN 57

BÀI 1 THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

1.1.4 Truyền nhiệt trực tiếp

Là quá trình truyền nhiệt mà chất tải nhiệt tiếp xúc trực tiếp với vật liệu

1.1.5 Truyền nhiệt gián tiếp

Là quá trình truyền nhiệt mà chất tải nhiệt không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mà thông qua vật liệu ngăn

1.1.6 Truyền nhiệt ổn định

Là quá trình truyền nhiệt mà nhiệt độ chỉ thay đổi theo không gian chứ không thay đổi theo thời gian

1.1.7 Truyền nhiệt không ổn định

Là quá trình truyền nhiệt mà nhiệt độ thay đổi theo cả không gian và thời gian

1.1.10 Nhiệt trường không ổn định

Là nhiệt trường mà nhiệt độ thay đổi theo cả không gian và thời gian

1.1.11 Mặt đẳng nhiệt

Là tập hợp tất cả các chất điểm có nhiệt độ bằng nhau

Th c Hành Quá Trình & Thi t Bực Hành Quá Trình & Thiết Bị ết Bị ị Page 3

1.2 CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT

1.2.1 Dẫn Nhiệt

Là sự truyền nhiệt năng từ nơi có nhiệt độ cai đến nơi có nhiệt độ thấp Do sự truyền động năng hoặc do dự dao động va chạm vào nhau, nhưng không có sự chuyển rời vị trí của các phần tử vật chất Dẫn nhiệt xẩy ra ở chất rắn, chất lỏng và chất khí đứng yên hoặcchuyển động dòng

t1: Nhiệt độ bề mặt tường bên trái (oC)

t2: Nhiệt độ bề mặt tường bên phải (oC)

F: Nhiệt độ bề mặt tường trái nơi tiếp xúc với dòng nhiệt nóng (m2)

δ: Bề dày của tường (m)

λF: Hệ số dẫn nhiệt ( W/m.độ)

1.2.1.1.2 Dẫn nhiệt qua tường phằng nhiều lớp

t t F

1.2.2 Đối Lưu Nhiệt Nhiệt

Là sự truyền nhiệt mà các phần tử khí hoặc lỏng đổi chổ cho nhau, sự đỏi chổ này là do

sự chênh lệch khối lượng riêng

2.1.2 Tính toán theo yêu cầu

Bảng 1: nhiệt lượng tỏa ra của dòng nóng QN

G , N GN

(kg/s)

tNV(oC)

tNR(oC)

TTBN(oC)

ρ 1

(kg/m3)

C1(j/kg.độ)

QN(W)

G , L

GL(kg/s)

TLV(oC)

TLR(oC)

TTBL(oC)

ρ 2

(kg/m3)

C2(j/kg.độ)

QL(W)3

∆Q(W)

tNV(oC)

tNR(oC)

tLV(oC)

tLR(oC)

L(m)

∆log(oC)

K* L(w/m.độ)

Th c Hành Quá Trình & Thi t Bực Hành Quá Trình & Thiết Bị ết Bị ị Page 7

ω N

(m/s)

tNV(oC)

tNR(oC)

tNTB(oC)

Bảng 5: tính Re của dòng lạnh ReL (Re2)

G , L

(L/P)

FL(m2)

dtdL(m)

ω L

(m/s)

TLV(oC)

TLR(oC)

TLTB(oC)

C1(j/kg.độ)

Bảng 7: tính chuẩn số Pranlt của dòng lạnh Pr2

TLV

(oC)

TLR(oC)

TLTB(oC)

C2(j/kg.độ)

λF inox

b

KL(w/m.độ)

Bảng 12: quan hệ giữ hệ số truyền nhiệt và chế độ chảy khi dòng lạnh có lưu lượng G , N 2= 6(L/P)

K*

Đồ thị 2: sự phụ thuộc của KL vào Re1 khi G , N 1= 3

Đồ thị 4: sự phụ thuộc của KL vào Re2

Re2 = 22086,81 Re2 = 22547,98 Re2 = 23029,16 0

2.2.2 Tính toán theo yêu cầu

Bảng 1: nhiệt lượng tỏa ra của dòng nóng QN

G , N GN

(kg/s)

tNV(oC)

tNR(oC)

TTBN(oC)

ρ 1

(kg/m3)

C1(j/kg.độ)

QN(W)3

TLV(oC)

TLR(oC)

TTBL(oC)

ρ 2

(kg/m3)

C2(j/kg.độ)

QL(W)3

tNV(oC)

tNR(oC)

tLV(oC)

tLR(oC)

L(m)

∆log(oC)

K* L(w/m.độ)

ω N

(m/s)

tNV(oC)

tNR(oC)

tNTB(oC)

ω L

(m/s)

TLV(oC)

TLR(oC)

TLTB(oC)

tNTB(oC)

C1(j/kg.độ)

Bảng 7: tính chuẩn số Pranlt của dòng lạnh Pr1

TLV

(oC)

TLR(oC)

TLTB(oC)

C2(j/kg.độ)

Bảng 9: hệ số cấp nhiệt của dòng lạnh αF2

Pr t 2 Nu2

dtđ2(m)

D2(m)

λF inox

b

KL(w/m.độ)

Bảng 11: quan hệ giữ hệ số truyền nhiệt và chế độ chảy khi dòng nóng có lưu lượng G , N 1=

2.2.3 Đồ thị

Đồ thị 1: sự phụ thuộc K¿L

vào Re2khi G , N 1= 3

103500 10400 10450 10500 10550 10600 10650 10700 10750 10800 10850 10

BÀI 2 THÍ NGHIỆM SẤY ĐỐI LƯU

- ts: Nhiệt độ điểm sương, nhiệt độ ở trạng thái bảo hòa hơi nước

- P: là áp suất tổng của không khí (mmHg)

- Pbh: là áp suất hơi bảo hòa của nước ở cùng nhiệt độ bầu không (mmHg)

- Pb: Áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt vật liệu (mmHg)

- Ph: Áp suất riêng phần của hơi nước trong tác nhân sấy (mmHg)

Biểu thức liện hệ giữa P, Pbh, Ph và d:

d= 0.622* φ P bh

=0.622∗P h

- Đường d: là đường thẳng đứng, các thông số ghi dưới chân có đơn vị gam.

- Đường nhiệt độ (tk, tư, ts): Là đường xiên 30o so với trục hoành, các thông số ghitrên đường

- Đường H: Xiên 102o so với trục hoành, các thông số ghi bên ngoài khung hình chữnhật , ghi xiên theo đường

- Đường áp suất: Là đường xiên 45o so với trục hoành, các thông số ghi bên phải

1.1.3 Hòa trộn 2 hỗn hợp không khí ẩm

Giả sử trộn 2 hỗn hợp không khí

+ Không khí 1 có trạng thái A trên giản đồ Ramzimd

+ Không khí 2 có trạng thai B trên giản đồ Ramzimd

Khi trộn hỗn hợp A với B được hỗn hợp có trạng thái M

dM = G B G d B+G A d A

A+G B

1.1.4 Cân bằng vật chất trong thiết bị sấy

x: Độ ẩm vật liệu trên căn bản vật liệu ước ( kgẩm/kgvlư)

X: Độ ẩm vật liệu trên căn bản vậy liệ khô (kgẩm/kgvlk)

- Lượng ẩm cần tách trong quá trình sấy:

1.1.5 Cân bằng năng lượng

Nhiệt lượng cần thiết làm bay 1kg ẩm trong quá trình sấy lí thuyết

- W1, W2 là lượng ẩm ban ra ở thời điểm 1 và 2

- t1, t2 là thời gian sấy từ giai đoạn 1 đén giai đoạn 2

Giai đoạn sấy tăng tốc:

2.2 Tính toán theo yêu cầu

Bảng số liệu các giai đoạn sấy

(phút)

Gi(g)

Wi(%)

N=d w dt(%h)

(mmHg)

Ph(mmHg)

Giaiđoạn

Đồ thị đường cong sấy(Wi %)

2.4 Tính toán theo yêu cầu (60 o C)

Bảng số liệu các gian đoạn sấy

Th c Hành Quá Trình & Thi t Bực Hành Quá Trình & Thiết Bị ết Bị ị Page 29

(phút)

Gi(g)

Wi(%)

N=d w dt(%/h)

Pb(mmHg)

Ph(mmHg)

Giaiđoạn

BÀI 3 THÍ NGHIỆM CÔ ĐẶC

xđ - nồng độ chất khô trong nguyên liệu ( phần khối lượng )

xc – nống độ chất khô trong sản phẩm ( phần khối lượng )

Theo định luật bảo toàn vật chất :

Bảo toàn khối lượng :

tn : nhiệt độ nước ngưng (độ)

cđ : nhiệt dung riêng nguyên liệu (J/kg.độ)

cc: nhiệt dung riêng sản phẩm ( J/kg.độ)

cn ; nhiệt dung riêng nước ngưng ( J/kg.độ)

i : hàn nhiệt trong hơi đốt (J/kg)

i’ : hàm nhiệt trong nước ngưng (J/kg)

∆q : tổn thất nhiệt cô đặc (J/kg)

Qmt : tốn thất nhiệt ra môi trường (J)

Theo định luật bảo toàn nhiệt :

Th c Hành Quá Trình & Thi t Bực Hành Quá Trình & Thiết Bị ết Bị ị Page 31

∑Qv = ∑Qr

Gđcđtđ + Di = Gccctc + Wi’ + Dncntn + Qcđ + QmtSuy ra, lượng hơi đốt tiêu tốn:

D = W i

'

+G c c c t c−G đ c đ t đ+Q cđ+Q mt

i−c n t n

Trong quá trình tính toán xem như cđ≈ cc

Tính bề mặt trao đổi nhiệt

Theo phương trình truyền nhiệt :

Q = K.F.τ.∆thi = D(i – cntn)

Suy ra: F = D.(i−c K Δt n t n)

hi

(m2)

BÀI 4 THÍ NGHIỆM MẠCH LƯU CHẤT

Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm trong một hệ thống ống dẫn có đườngkính khác nhau và có chứa lưu lượng kế màng chắn, venture cùng các bộ phận nối ốngnhư cút, van, chữ T

Cần lưu ý các thao tác để tránh bọt khí lọt vào hệ thống

Trắc định lưu lượng kế màng chắn và ống venturi

Thiết lập giản đồ thừa số ma sát theo chuẩn số Renold cho ống 1” và 1/2"

1.4 Lý thuyết thí nghiệm

1.4.1 Lưu lượng kế màng chắn và ống venturi:

Nguyên tắc của hai dụng cụ này là dùng sự giảm áp suất của lưu chất khi chảy qua chúng

để đo lưu lượng

Hình 1: lưu lượng kế venturi và màng chắn

Vận tốc trung bình ở vị trí (2) được tính từ công thứ tổng kê năng lượng:

C: hệ số của màng chắn và ống venturi, phụ thuộc vào chế độ dòng chảy

P: độ giảm áp suất qua màng chắn hay ống venturi, N/m2

: trọng lượng riêng của lưu chất, N/m3

= d2/d1: tỉ số giữa đường kính cổ venturi hay đường kính lỗ màng chắn trên đường kínhống, d1 = 2.6 cm, d2 = 1.59 cm

Do đó, lưu lượng qua màng chắn hay venturi: Q=v2A2 =v1A1

1.4.2 Tổn thất năng lượng do sự chảy của ống dẫn:

Khi lưu chất chảy trong ống, ta có sự mất năng lượng do ma sát ở thành ống, tạo thành

ma sát dòng chảy, và cản trở dòng chảy ở các đoạn gấp khúc, to ra hay hẹp vào đột ngộtcủa đường ống, tạo thành ma sát cục bộ Ở thí nghiệm này chỉ khảo sát ma sát dọc theodòng chảy Xét trường hợp một ống tròn đều nằm ngang

0

V P

V g



 



f

H thủy đầu tổn thất ma sát trong ống, m

Tổn thất năng lượng này lien hệ với thừa số ma sát bằng phương trình Darceyweisbach:

D: đường kính ống, m

Chế độ chảy tầng:

Tổn thất ma sát được tính theo công thức:

64 Re

f 

Chế độ chảy xoáy rối:

Hệ số ma sát f tùy thuộc vào Re và độ nhám tương đối của ống(D ε ) Độ nhám tương đối của ống là tỷ số giữa độ nhám thành  trên đường kính ống D

Người ta có thể tính f từ một số phương trình thực nghiệm như phương trình

0.25

680.11Re

e f

Th c Hành Quá Trình & Thi t Bực Hành Quá Trình & Thiết Bị ết Bị ị Page 41

BÀI 5 THÍ NGHIỆM HẤP THU

1.1 Khái niệm quá trình hấp thu

Là quá trình cho một hỗn hợp khí tiếp xúc với dung môi lỏng nhằm mục địch hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trongchất lỏng, pha khí sau hấp thụ gọi là khí sạch, pha lỏng sau hấp thu gọi là dung dịch sau hấp thu

Vậy đây là quá trình vận chuyển vật chất từ pha khí vào pha lỏng, nếu quá trình sẩy ra ngược lại tức là vận chuyển vật chất từ pha lỏng vào pha khí thì gọi là quá trình nhả hất thu

1.2 Ứng dụng quá trình hấp thu

- Công nghệ thực phẩm

- Công nghệ hóa học, sinh học

- Kĩ thuật môi trường

- Nghành công nghiệp dầu khí

1.3 Phương pháp chọn dung môi hấp thu

1.3.1 Độ hòa tan chọn lọc

Là tính chất chỉ hào tan tốt các cấu tử tách ra khỏi hỗn hợp mà không hào tan các cấu tử còn lại hoặc hào tan không đáng kể Tổng quát, dung môi và dung chất có bản chất hóa học tương tự nhau thì cho độ tan tốt Dung môi và dung chất tạo nên phản ứng hóa học thì làm tăng độ bền hòa tan lên rất nhiều, nhưng nếu dung môi được thu hồi để dùng lại thì phản ứng có tính hoàn nguyên

1.3.2 Độ bay hơi tương đối

Dung dôi nên có áp suất hơi thấp và pha khí sau quá trình hấp thu sẻ bảo hòa hơi dung môi do đó dung môi bị mất

1.3.6 Các tính chất khác

Dung môn nên có nhiết dung riêng thấp để ít tốn nhiệt trong quá trình hoàn nguyên dungmôi, nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh hiện tượng đóng rắn làm ắt thiết bị, không tạo kếttủa, không độc

Trong thực tế không một dung môi nào cùng một lúc đáp ứng được hết các tính chất trên,

do đó khi chọn phải dựa vào những điều kiện cụ thể khi thực hiện quá trình hấp thu Dùsao tính chất thứ nhất cũng không thể thiếu trong bất cứ trường hợp nào

1.4.1 Hấp thu nghịch dòng.

Pha khí là hỗn hợp khí G vào chứa nhiều nhất:

Trong đó:

 Các chất trơ Gư ( không hấp thu vào lỏng )

 Chất hấp thu vào lỏng gọi là cấu tử A

Pha lỏng:

 Cấu tử A đã có sẵn trong pha lỏng L

 Lượng dung môi trơ là Lư là lượng dung môi tổng cộng L trừ đi cấu tử lượng A

1.4.2 Hấp thu xuôi dòng.

1.5 Cân bằng vật chất trong quá trình hấp thu.

1.5.1 Quá trình hấp thu ngược chiều.

Suất lượng mol: mol/h; (kmol/h.m2); (mol/h.m2)

Suất lượng khối lượng: kg/h; (kg/h.m2); (g/h.m2)

Phần mol và tỉ số mol không có đơn vị

Th c Hành Quá Trình & Thi t Bực Hành Quá Trình & Thiết Bị ết Bị ị Page 43

1.5.2 Hấp thu xuôi dòng (không xét)

1.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất

Nếu nhiệt độ tăng thì giá trị hệ số định luật Henry tăng, đường cân bằng sẻ chuyển dịch

về trục tung, động lực truyền khối giản do đó tốc độ truyền khối giảm Nến tăng nhiệt độ lên một giới hạn nào đó thì không những động lực truyền khối giảm mà ngay cả quá trìnhcũng không thực hiện được Mặt khác nhiệt độ cao sẻ làm ảnh hưởng tới tốt vì làm giảm

độ nhớt của dung môi

Đồ thị log(∆PCK/Z) - logG

-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Xử lý cột ngập lụt:

3(m3/s) π1.10

BÀI 6 THÍ NGHIỆM LỌC KHUNG BẢNG

- Làm quen với cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc khung bản.

- Biết chế độ vận hành, kiểm tra trước khi vận hành thiết bị.

- Vận hành thí nghiệm lọc huyền phù CaCO3 trong nước với áp suất không đổi

- Xác định các hệ số lọc theo số liệu thí nghiệm thu được.

1.2 Cơ sở lý thuyết

1.2.1 Lọc chất lỏng

Lọc là quá trình được thực hiện để phân riêng các hỡn

hợp nhờ một vật ngăn xốp, vật xốp có khả năng cho

một pha đi qua còn giữ pha kia lại nên còn gọi là vách

ngăn lọc

1.2.2 Nguyên tắc lọc

Tạo ra trên bề mặt huyền phù một áp suất P1 dưới P1pha lỏng xuyên qua các lỗ mao dẫn, pha rắn bị giữ lại Chênh lệch áp suất giữa hai bên vách ngăn lọc được gọi là động lực của quá trình lọc

P= P1 - P2 (áp suất tạo ra bằng máy bơm, máy nén, cột nước…)

Lượng lưới lọc thu được : W = V d−V s

S ∆ t (m/s) {tốc độ lọc}

V: thể tích mức lọc thu được

S: diện tích bề mặt lọc

t: thời gian lấy mẫu (kể từ lúc bắt đầu chảy)

Tính lượng nước lọc, lượng bã ẩm, lượng pha rắn, lượng pha lỏng

Vh=V0+V1=Va+V

Gh=G0+G1=Ga+G

Trong đó: Vh, Gh: khối lượng và thể tích hỗn hợp huyền phù đem đi lọc

V0, G0: thể tích và khối lượng chất rắn khô

V1, G1: thể tích và khối lượng nước lọc nguyên chất

Va,Ga: thể tích và khố lượng bã ẩm

V, G: thể tích và khối lượng nước lọc chưa nguyên chất

Th c Hành Quá Trình & Thi t Bực Hành Quá Trình & Thiết Bị ết Bị ị Page 53

τ : thời gian lọc được ấn đính trước

r0: trở lực riêng (1/m2), trở lực lớp bã tạo thành (1kg bã khô/1m2 bề mặt)

X0= Va/V0: tỉ số giữa lượng bã ẩm (m3/ lượng nước lọc (m3))

Lọc ép đưa tới kết quả là một lớp hạt rắn tạo thành trên vải lọc gồm các mao quản của

bã lọc và vật ngăn là chuyển động dòng cần phải có áp suất để khắc phục trở lực của vật ngăn và trở lực của bã lọc Trở lực của ống dẫn không đáng kể

Phương trình (1) và (3) đưa tới Phương trình vi phân của quá trình lọc

Th c Hành Quá Trình & Thi t Bực Hành Quá Trình & Thiết Bị ết Bị ị Page 55

q= V

S :lượng nước lọc riêng (m3/m2).

Phương trình (5) được viết gọn lại như sau:q2+2.C.q=K.

0.74 0.71 0.66 0.59 0.53 0

Ở P = 0.4

0 0.2

0.4

0.6

0.8

1 1.2

Ở P = 0.5

0 0.2

0.4

0.6

0.8

1 1.2