BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐỘNG LỰC HỌC , TĨNH LỰC HỌC SẤY

Mục đích thí nghiệm  Khảo sát quá trình sấy đối lưu vật liệu là giấy lọc trong thiết bị sấy bằng không khíđược nung nóng nhằm:  Xác định đường cong sấy X f   Xác định đường cong tốc

Bài 1: ĐỘNG LỰC HỌC SẤY

1.1 Mục đích thí nghiệm

 Khảo sát quá trình sấy đối lưu vật liệu là giấy lọc trong thiết bị sấy bằng không khíđược nung nóng nhằm:

 Xác định đường cong sấy X f( )

 Xác định đường cong tốc độ sấy ( )

b : Chiều dài tờ giấy (m)

- Khối lượng giấy lọc khô tuyệt đối : G0 = 86 (g) = 0,086 kg

- Bề mặt riêng khối lượng của vật liệu:

- Trong sấy đối lưu: m 0,04075.WK0,8 (kg/m2.h.mmHg)

Trong đó w là vận tốc tác nhân sấy

m: Hệ số trao đổi ẩm (kg/m2.h.mmHg).

pb: Áp suất hơi ẩm trên bề mặt vật liệu và bằng áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độbầu ướt (mmHg)

ph: Áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí (mmHg)

B: Áp suất trong phòng sấy =760 (mmHg)

- Tốc độ sấy đẳng tốc theo thực nghiệm: Ntt được xác định trên đoạn đẳng tốc của đườngcong tốc độ sấy

- Tốc độ sấy đẳng tốc theo lý thuyết:

N¿=100 Jm f , ( %/h)

- Hệ số K trong gian đoạn giảm tốc

1( )

i kqu c

N K

1( )

´

X1: Độ ẩm ban đầu của vật liệu (%)

´

X kqu: Độ ẩm tới hạn quy ước (%)

N: tốc độ sấy trong giai đoạn đẳng tốc (%/h)

- Độ ẩm tới hạn quy ước X´ kqu :

o Thực nghiệm: xác định trên đường cong tốc độ sấy khi gian đoạn đẳng tốc kết thúc

- Độ ẩm cân bằng X´cb tìm được tại điểm N=0 trên đường cong tốc độ sấy

- Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc:

1

Trong đó X´c là độ ẩm sau cùng của vật liệu sấy ( X´c > X´cb ).

- Thời gian sấy tổng:

- Độ ẩm tới hạn quy ước X´ kqu :

Thực nghiệm : xác định trên đường cong tốc độ sấy khi giai đoạn đẳng tốc kết thúc :Mức 40 : X´kqu= 9.3 (%)

- Từ nhiệt độ bầu ước tư và bầu khô tk xác định áp suát riệng phần của hơi nước trong không khí ph theo giản đồ không khí ẩm Ramzin, ta được :

- Xác định thời gian sấy ở mức 40:

Thời gian sấy trong gian đoạn đẳng tốc:

τ1=

´

X1− ´X kqu

N = 56.98−9.393.023 = 0.513 (h)Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc:

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.00

10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.00

10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

50.000100.000150.000200.000250.000300.000350.000400.000

Đồ thị 1.5 Đường cong tốc độ sấy ớ mức 50

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 0.000

50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000

1.3 Bàn luận

Nhận xét đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy:

a) Đường cong sấy:

- Ở giai đoạn đẳng tốc: Đường cong sấy giảm đều như một đường thẳng xiên do hàm ẩmcủa vật liệu giảm dần theo thời gian

- Ở giai đoạn giảm tốc: Đường cong sấy chuyển từ đường thẳng xiên sang nằm ngang, sựgiảm không đều

b) Đường cong tốc độ sấy:

-Ở giai đoạn đẳng tốc: Đường cong tốc độ sấy có xu hướng giảm nhanh tạo thành 1 đường gầnnhư là thẳng xiên

- Ở giai đoạn giảm tốc: Đường cong sấy giảm chậm và đạt được giá trị N = 0

Ở các chế độ khác nhau thì thời gian sấy thay đổi: trên thực tế thì nhiệt độ càng cao thì thờigian sấy càng giảm

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

Khoảng thời gian giữa 2 lần cân không đều nhau

Bài 2: TĨNH LỰC HỌC SẤY 2.1 Mục đích thí nghiệm

 Khảo sát sự biến đổi thông số không khí ẩm và vật liệu của quá trình sấy lý thuyết vàsấy thực tế

 Xác định lượng không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy lýthuyết và sấy thực tế

 So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và quá trình sấy lý thuyết

Y1, ´Y2: hàm ẩm không khí trước khi vào mấy sấy và sau khi ra khỏi máy sấy,kg/kg kkk

- Cân bằng năng lượng

x X

= 1,478 (kg/kg)

1

c c

c

x X

= 1,349 (kg/kg)

 Tính lượng ẩm bay hơi ra khỏi vật liệu:

Bảng 2.2 Kết quả tra số liệu

Llt Ltt

Qlt Qtt

W (kg)

Q (kJ/s)

- Đánh giá sự khác nhau giữa nhiệt lượng cần gia nhiệt của quá trình sấy lý thuyết và sấythực tế :

Nhiệt lượng cần gia nhiệt cho quá trình sấy thực tế nhỏ hơn rất nhiều so với nhiệt lượng cầngia nhiệt của quá trình sấy lý thuyết nên nhìn chung hiệu suất không cao

Bài 3: CHƯNG GIÁN ĐOẠN KHÔNG HOÀN LƯU 3.1 Mục đích thí nghiệm

 Khảo sát sự biến đổi nồng độ sản phẩm đình theo thời gian chưng

 Khảo sát sự biến đổi thông số qua các bậc của quá trình chưng

 Khảo sát sự biến đổi năng lượng theo thời gian chưng

T2 (ph) 0 C)

T3 (ph) 0 C)

T4 (ph) 0 C)

T5 (ph) 0 C)

T7 (ph) 0 C)

T8 (ph) 0 C)

G (ph)l/ph)

QF+Qk=QD+QW+Qm+Qng

QK: nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, W

Qm: nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh (W) Qm thường được lấy khoảngbằng khoảng 5% lượng nhiệt cung cấp

QF: nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào, W

C P F , C P D ,C P W: nhiệt dung riêng của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, J/kg.độ

t F , t D,t W: nhiệt độ của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, 0C

rD: nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, kJ/kg

+ Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ

Nếu quá trình ngưng tụ không làm lạnh:

Q ng= ´D r D=G C (t r−t v)+Q m

Nếu quá trình ngưng tụ có làm lạnh

Q ng= ´D r D+ ´D C P D (t S D−t D)=G C (t r−t v)+Q m

t v ,t r: nhiệt độ vào và ra của nước, 0C

G: lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s

=0,59 (kg/kg)

(1−0,36)994

Bảng 2.2 Kết quả tính toán cân bằng vật chất

Q W II(ph)kJ )

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 2600.0

2700.0 2800.0 2900.0 3000.0 3100.0 3200.0 3300.0 3400.0 3500.0 3600.0

- Khi nhiệt độ sôi của hai cấu tử khác xa nhau.

- Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao

- Khi cần tách hỗn hợp lỏng ra khỏi các tạp chất không bay hơi

- Khi muốn tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử

4.1 Mục đích thí nghiệm

 Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng nhập liệu

 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ dòng nhập liệu

 Khảo sát ảnh hưởng vị trí nhập liệu

 Khảo sát ảnh hưởng chỉ số hồi lưu

F,W,D: suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh, kmol/h

x F , x W,x D: phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong nhập liêu, sản phẩm đáy và đỉnh

+ Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu

Q nl=F C P F (t F R−t F V)+Q m

Q nl: nhiệt lượng cần cung cấp, W

C P F: nhiệt lượng riêng hỗn hợp nhập liệu, W

t F R , t F V: nhiệt độ nhập liệu vào và ra khỏi thiết bị, 0C

+ Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ

Nếu quá trình ngưng tụ không làm lạnh:

Q ng=D ( R+1) r D=G C (t r−t v)+Q m

Nếu quá trình ngưng tụ có làm lạnh

Q ng=D (R+1).r D+D C P D (t S D−t D)=G C (t r−t v)+Q m

t v , t r: nhiệt độ vào và ra của nước, 0C

G: lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s

C: nhiệt dung riêng của dòng giải nhiệt, J/kg.độ

C P F , C P D ,C P W: nhiệt dung riêng của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, J/mol.độ

t F , t D,t W: nhiệt độ của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, 0C

QK: nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, W

Qm: nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh (W) Qm thường được lấy gần bằngkhoảng 5% đến 10% lượng nhiệt cung cấp

QF: nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào, W

W mol/h

Đường làm việc phần chưng

Đường làm việc phần cất N lt

H

%

xD (mol/mol) R

Đồ thị 4.2 Biến đổi chỉ số hồi lưu với lượng nhiệt cần sử dụng

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0

R

QK (W)

4.3 Bàn luận

- Lưu lượng dòng hoàn lưu càng lớn thì độ tinh khiết của sản phẩm càng cao

- Khi tăng chỉ số hồi lưu thì lượng nhiệt nồi đun cung cấp cũng tăng lên

Bài 5: KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ CỘT CHÊM (ph) THÁP ĐỆM) 5.1 Mục đích thí nghiệm

 Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động của tháp đệm bằng cách xác định:

 ảnh hưởng của vận tốc khí và lỏng lên độ giảm áp của dòng khí qua cột

 sự biến đổi của hệ số ma sát fck trong cột theo chuẩn số Reynolds Rec của dòng khí và suy ra các hệ thức thực nghiệm

 Sự biến đổi của thừa số  liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí khi cột khô và khi cột ướt với vận tốc dòng lỏng

Trong vùng chảy dòng Re<50 thì:

Bảng 5.3 Kết quả tính toán cột khô

STT G (ph)kg/ logG P ck /Z (ph)Pa/ log(ph)P ck /Z) Re ck f ck

6 -1.18 2.203 2.185 2.043 1.992 1.934

5.2.5 Đồ thị

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

Đồ thị 5.1 Biến đổi áp suất theo lưu lượng khí cho cột khô

logG

log(Pck/Z) Pck/Z)Pck/Z)

1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6

Đồ thị 5.2 Biến đổi áp suất theo lưu lượng khí cho cột ướt

40 45 50 55 60 65 70 75 80 1

1.5 2 2.5 3

3.5

Đồ thị 5.3 Biến đổi hệ số ma sát cột khô theo chuẩn số Re

Reck fck

0 20 40 60 80 100 120

Đồ thị 5.4 Biến đổi hệ số ma sát cột ướt theo chuẩn số Re

L=3l/ph L=2.67l/ph L=2.33l/ph L=2l/ph L=1.67l/ph

Recư fcư

+ Đối với cột khô: khi G tăng thì độ giảm áp tăng theo đường thẳng.

+ Đối với cột ướt: khi G tăng thì độ giảm áp cũng tăng theo nhưng chia thành từng vùng rõrệt như giản đồ trong lý thuyết đã đề cập Khi lưu lượng lỏng càng tăng thì cột càng dễ gầnđến điểm lụt hơn Từ đồ thị thu được ta thấy vùng sau điểm gia trọng thì giá trị P tăng lênrất nhanh, đột ngột Đoạn thẳng trong vùng này rất dốc nên ta rất khó vận hành cột chêm ởchế độ nhũ tương này mặc dù cột chêm hoạt động tốt nhất ở chế độ đó

- Giản đồ f theo Re được lập nhằm để biểu diễn sự phụ thuộc của trở lực vào lưu lượngcủa dòng lưu chất Trong đồ thị trên thì ta lại thấy khi lưu lượng tăng lên thì trở lực lại giảmdần, kết quả này thu được do ảnh hưởng của sai số trong quá trình thí nghiệm Nếu biết mộttrong hai giá trị Re hoặc f thì có thể dùng đồ thị có thể dùng đồ thị để xác định giá trị cònlại như sau:

 Từ giá trị f hoặc Re đã biết kẻ một đường thẳng theo phương ngang hoặc theo phươngđứng, cắt đồ thị f-Re tại một điểm Từ giao điểm đó, kẻ một đường thẳng vuông góc với trụccòn lại thì sẽ xác định được giá trị cần tìm

- Sự liên hệ giữa các đối tượng tương đối gần với dự đoán Cụ thể là các mối liên hệ sau:+ Log(Pck/Z)-logG: là phụ thuộc tuyến tính với nhau theo đường thẳng giống như lý

thuyết đã nhận định

+ Pcử/Z-G càng gần như được chia thành hai hướng rõ rệt: vùng dưới điểm gia trọng vàvùng trên điểm gia trọng vùng dưới điểm gia trọng thì P tăng chậm và đều dặn nên cácđiểm này thu được gần như cùng nằm trên một đường thẳng vùng trên điểm gia trọng thì

P tăng nhanh, đột ngột nên đoạn thẳng rất dốc; nếu tăng lưu lượng lỏng và khí lên cao nữathì sẽ tiến đến điểm lụt của cột

+ Log-L: hoàn toàn phụ thuộc tuyến tính với nhau nên được thể hiện thành một đườngthẳng trên đồ thị Phù hợp với lý thuyết đã đề cập đến

Tuy nhiên trong quá trình làm thí nghiệm cũng có nhiều sai số Những nguyên nhân có thểdẫn đến sai số là do:

+ Lưu lượng dòng lỏng không ổn định

+ Lưu lượng dòng khí không ổn định

+ Cột nước duy trì ở đáy cột không đảm bảo yêu cầu 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 cho ống nóng lên và làm tăng thểtích khí làm tăng áp suất cũng ảnh hưởng đến độ chênh áp