Sách hướng dẫn thí nghiệm quá trình và thiết b

Sách hướng dẫn Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị có thời lượng 15 tiết 1 tín chỉ gồm 5 bài thí nghiệm: Bài 1: Bơm ly tâm Bài 2: Máy lọc khung bản Bài 3: Hệ thống trao đổi nhiệt ống lồng ố

LỜI NÓI ĐẦU

Sách hướng dẫn Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị được dùng làm tài liệu giảng dạy chính thức cho môn học Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị, ngành Kỹ thuật Hóa học - Trường Đại học Thủy lợi

Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị là môn học cốt lõi của ngành Kỹ thuật Hóa học Vì vậy ngoài mục đích minh họa, củng cố những kiến thức lí thuyết mà sinh viên đã được học trong các môn học Quá trình và Thiết bị Thủy lực và cơ học, Quá trình và Thiết bị truyền nhiệt, Quá trình và Thiết bị chuyển khối, môn học này còn nhằm mục đích hướng dẫn, rèn luyện cho sinh viên bước đầu làm quen với các thiết bị trong Công nghệ Hóa học

Sách hướng dẫn Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị có thời lượng 15 tiết (1 tín chỉ) gồm

5 bài thí nghiệm:

Bài 1: Bơm ly tâm

Bài 2: Máy lọc khung bản

Bài 3: Hệ thống trao đổi nhiệt ống lồng ống

Bài 4: Hệ thống chưng luyện

Bài 5: Hệ thống sấy tuần hoàn

Các bài thí nghiệm đều được tham khảo từ các giáo trình thí nghiệm trong và ngoài nước và đã được làm thí nghiệm kiểm tra cẩn thận

Cuốn Sách hướng dẫn Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị gồm 2 phần: phần I đề cập đến nội dung các bài thí nghiệm, phần II đề cập đến hướng dẫn chuẩn bị và viết báo cáo thí nghiệm, nhằm giúp sinh viên chuẩn bị tốt và nắm vững các bài thí nghiệm

Trong quá trình biên soạn Sách hướng dẫn Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị, chúng tôi đã được sự góp ý của nhiều cán bộ ở Viện Kỹ thuật Hóa học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cùng nhiều cán bộ ở Bộ môn Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Thủy lợi Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự góp ý tận tình của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp Tuy vậy Sách hướng dẫn Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị cũng không tránh khỏi thiếu sót về nội dung và hình thức Vì vậy chúng tôi rất mong được sự góp ý chân thành của các thầy, cô giáo, các bạn sinh viên để hoàn thiện thêm Sách hướng dẫn Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị trong thời gian tới

Hà Nội, ngày 19 tháng 05 năm 2019

Các tác giả

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

PHẦN I NỘI DUNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM

BÀI 1: BƠM LY TÂM

1 Mục đích thí nghiệm

1 Làm quen với hệ thống thiết bị bơm ly tâm và nắm được cách thao tác bơm

2 Thành lập đường đặc tính chính của bơm: H = f (Q)

2 Cơ sở lý thuyết

Bơm ly tâm thường làm việc với một số vòng quay không đổi và tuỳ theo điều kiện

làm việc mà áp suất và năng suất có thể thay đổi đồng thời Do đó, vấn đề tìm sự phụ thuộc

giữa năng suất Q và áp suất H của bơm khi số vòng quay không đổi có một ý nghĩa thực

tiễn rất lớn, nó cho phép ta chọn được bơm thích hợp

Hàm số H = f(Q) được gọi là phương trình đặc tính chính của bơm Tuỳ theo cấu tạo

của bơm mà đường đặc tính này được biểu diễn bằng dạng đường cong khác nhau Việc

lựa chọn kiểu bơm cho từng trường hợp làm việc cụ thể phải dựa trên cơ sở những đường

đặc tính chính của bơm Ngoài ra, sự làm việc của bơm còn được quyết định bởi hệ số hữu

ích η và công suất tiêu hao N của bơm Các thông số này trong trường hợp số vòng quay

của bơm không đổi cũng phụ thuộc năng suất của bơm

Các đại lượng đặc trưng cho sự làm việc của bơm ly tâm (khi có số vòng quay không

đổi) như áp suất H, công suất N và hệ số hữu ích η được biểu diễn trên đồ thị phụ thuộc

giữa Q-H, Q-N, Q-η và gọi nó là các đường đặc tính chính của bơm Người ta sử dụng các

đường đặc tính chính này để nghiên cứu chế độ làm việc lựa chọn các thông số của bơm

Như vậy, sự làm việc của bơm ly tâm được đặc trưng bằng hệ thống đường cong:

H = f1 (Q); N = f2 (Q); η = f3(Q):

Hình 1.1 Đồ thị đường đặc tính của bơm

Các đường cong này biểu diễn quan hệ giữa Q, H và N và η

Kết quả phân tích các đường cong này có thể cho ta khá đầy đủ những khái niệm về

chế độ làm việc của bơm và cho phép ta xác định được điều kiện làm việc lợi nhất của bơm

trong từng trường hợp cụ thể

Khi năng suất của bơm ly tâm thay đổi thì các thông số khác như áp suất, công suất

và hệ số hữu ích của nó cũng thay đổi theo

Khi thay đổi số vòng quay n của bơm ly tâm thì năng suất, áp suất và công suất sử dụng nó cũng thay đổi:

3 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 2

N n

n H

H n

n Q

Chúng ta biết rằng, đối với chất lỏng thực thì áp suất cần thiết để vận chuyển chất lỏng được biểu thị bằng công thức:

c h c

h

f g

Q d

L H

H g d

.1

Q – Năng suất bơm, m3/s; Q = .f

f - diện tích tiết diện ngang của ống dẫn, m2;

Hh - chiều cao hình học (bằng tổng chiều cao hút và đẩy), m;

Hc - hiệu số áp suất giữa khoảng không gian tương ứng với vị trí cuối của ống đẩy và đầu ống hút, m;

Đối với hệ mạng ống nhất định thì:

a f

g d

Trong phạm vi bài thí nghiệm này, mục đích là xây dựng đường đặc tuyến H-Q

4 Cách tiến hành

4.1 Sơ đồ hệ thống bơm ly tâm

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống bơm ly tâm

là một đại lượng không đổi

1 Đổ nước vào thùng chứa nước 2

2 Quan sát và tìm hiểu hệ thống thí nghiệm theo sơ đồ

3 Xem xét động cơ điện, các van, dụng cụ đo: lưu lượng kế, vôn kế, áp kế, chân không kế có đủ và đảm bảo làm việc được không

4 Mở van V1 và V2

5 Bật công tắc 8 cho bơm hoạt động

6 Tiến hành thay đổi lưu lượng nhờ van đầu ra V2 (chú ý van hút V1 luôn mở) Để thuận tiện, ta dựa vào các số đọc trên áp kế mà điều chỉnh lưu lượng cho từng chế

độ làm việc

Ví dụ:

Lần 1: Điều chỉnh van V2 cho lưu lượng kế chỉ 10 lít/phút

Lần 2: Điều chỉnh van V2 cho lưu lượng kế chỉ 15 lít/phút

Lần 3: Điều chỉnh van V2 cho lưu lượng kế chỉ 20 lít/phút

…………

7 Kết thúc thí nghiệm: tắt bơm, vệ sinh sạch sẽ khu vực thí nghiệm

Lưu ý: Khi đo để lưu lượng ổn định trong 5 phút sau đó mới thay đổi lưu lượng để đo lần tiếp theo Thực hiện thí nghiệm ở hiệu điện thế không đổi

Ghi các số liệu thí nghiệm vào bảng sau rồi báo cáo với người hướng dẫn:

Trong đó: Pak - áp suất dư ở ống đẩy, Pa;

Pck - độ chân không ở ống hút, Pa;

h - khoảng cách thẳng đứng giữa hai vị trí đặt áp kế và chân không kế, h = 0,22 m  - khối lượng riêng của nước,  = 1 g/ml = 1000 kg/m3

g - gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2

Vẽ đường đặc tính chính H = f(Q) của bơm và nhận xét kết quả thí nghiệm

6 Câu hỏi

1 Bơm ly tâm có cấu tạo như thế nào?

2 Thế nào là đặc tuyến của bơm ly tâm Đặc tuyến mạng ống Ý nghĩa điểm làm việc của bơm ly tâm?

3 Đặc tuyến của bơm ly tâm thay đổi như thế nào khi thay đổi số vòng quay của bơm?

BÀI 2: MÁY LỌC KHUNG BẢN

1 Mục đích thí nghiệm

1 Nắm được cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy lọc khung bản

2 Làm quen với cách làm việc của máy lọc khung bản

3 Xác định hằng số lọc K và V0

2 Cơ sở lý thuyết

Lọc là quá trình phân riêng huyền phù ra thành nước lọc và cặn bã

Để chất lỏng chuyển động qua lớp bã và lớp vải lọc cần phải tạo được chênh lệch áp suất ở hai bên vách ngăn bề mặt lọc Hiện nay người ta hay dùng các cách sau đây để tạo chênh lệch áp suất ở hai bên vách ngăn bề mặt lọc (vách ngăn bao gồm lớp vải lọc và lớp

bã được tạo nên trên bề mặt vải lọc)

- Hút chân không ở một bên bề mặt lọc

- Nén huyền phù bằng áp suất do máy bơm hay máy nén tạo ra hoặc dùng cột chất lỏng

Năng suất của bất kỳ máy lọc nào đều phụ thuộc vào chế độ lọc (áp suất, nhiệt độ) vào đặc trưng của vật ngăn (vải lọc) và vào tính chất lý - hoá của bã

Chất lỏng chuyển động qua lớp bã, lớp vải lọc với tốc độ rất nhỏ và theo Poa-zen quá trình lọc có thể tuân theo phương trình sau đây:

32 .2l P

l - chiều dài đường ống mao quản, m

d - đường kính ống mao quản, m

v - tốc độ chất lỏng trong ống mao quản, m/s

Lượng nước lọc trong thu được trong thời gian làm việc t của máy lọc bằng:

Trong đó: F - diện tích bề mặt lọc, m2

V - năng suất lọc ứng với 1 đơn vị bề mặt lọc, ℓ/m2

Để đơn giản trong quá trình tính toán người ta hay dùng năng suất lọc của một mét vuông bề mặt lọc V và ta có thể biểu diễn phương trình lọc theo công thức:

1

R

Pd

R1 là trở lực của quá trình lọc bao gồm trở lực của bã Rb và trở lực của vải Rv :

P.2

- hằng số lọc đặc trưng cho trở lực của lớp bã

 - thời gian lọc, phút Nếu biết được K và V0 ta có thể xác định được bề mặt vải lọc cần thiết khi cho biết năng suất lọc Các hằng số lọc trên rất phức tạp chỉ xác định bằng con đường thực nghiệm Sau khi vi phân phương trình (2-6) theo V ta có dạng:

K

V2K

V2dV

V2V

Đại lượng  và V là gia số của thời gian lọc và thể tích nước lọc trong

Để xác định hằng số lọc K và V0 ta tiến hành thí nghiệm lọc với hiệu áp suất không đổi

Trong quá trình lọc, sau thời gian làm việc 1, 2, 3, ,n, ta thu được lượng nước lọc tương ứng: V1, V2, V3, , Vn







, 2







Xây dựng đồ thị V -

n

nV







Trên trục hoành lấy các giá trị V1, V2, V3, , Vn

Trên trục tung lấy các đại lượng tương ứng

1

1V







, 2

2V

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống máy lọc khung bản

1 Ngăn chứa huyền phù

- Kích thước khung, bản ngoài: 200x200 mm, trong: 170x170 mm

Huyền phù trong ngăn chứa huyền phù 1 được bơm 2 hút qua van hút V1 bơm vào máy lọc khung bản 3 Bã lọc bị giữ lại trong các khung của máy lọc nước trong qua các lớp vải lọc đặt giữa các khung và bản ra tại đầu lấy mẫu 4 Sử dụng van hồi V3 để tuần hoàn huyền phù về ngăn chứa huyền phù 1 khống chế áp lực áp kế trước máy lọc không quá 0,1 at Sau thời gian định kỳ tháo các khung, bản để lấy bã lọc vệ sinh bề mặt vải lọc

4.3 Thứ tự tiến hành thí nghiệm

1 Quan sát và kiểm tra hệ thống thí nghiệm theo sơ đồ

2 Chuẩn bị các dụng cụ đo: ống đong, đồng hồ bấm giây

3 Pha chế huyền phù theo nồng độ yêu cầu Khuấy đều huyền phù

4 Khoá van V2, mở hết cỡ van V1 và van V3, sau đó chạy bơm 2

5 Khoá dần van V3 khống chế áp suất ở áp kế không quá 0,1at

6 Thu nước lọc tại đầu thu số 4 Đo lưu lượng bằng ống đong và thời gian bằng đồng hồ bấm giây Mức lưu lượng tăng dần: 500ml, 1000ml, …, 4500ml, 5000ml

V2 V1

1 2

3

6 V3

7 Sau khi thí nghiệm xong vệ sinh máy theo trình tự sau:

- Tắt bơm 2, khoá van V1, mở van V2, bật lại bơm 2 (Chú ý ngăn chứa nước sạch phải

Ghi số liệu thí nghiệm vào bảng sau rồi báo cáo với người hướng dẫn

STT Thời gian thí nghiệm (phút) Lượng nước lọc Q (ℓ) Áp suất nén

5 Tính toán và nhận xét kết quả thí nghiệm

Lượng nước lọc ứng với đơn vị bề mặt lọc:

2 i

F

Q

Trong đó: Vi - lượng nước lọc thu được ứng với một đơn vị bề mặt ở thí nghiệm thứ i

Qi - Tổng lượng nước lọc thu được trong thí nghiệm thứ i ứng với thời gian ti

i - là số thứ tự thí nghiệm, i = 1 - 10

F - diện tích bề mặt lọc, m2

Vậy vi phân của thể tích nước lọc là: V = V(i+1) – Vi

Tính toán kết quả, vẽ đồ thị xác định V o và K và nhận xét kết quả thí nghiệm

6 Câu hỏi

1 Động lực của quá trình lọc là gì?

2 Cấu tạo và nguyên tắc làm việc của máy lọc khung bản?

3 Năng suất của máy lọc phụ thuộc các yếu tố nào?

4 Thế nào là hằng số của phương trình lọc? Cách xác định các hằng số đo bằng thực nghiệm?

BÀI 3: HỆ THỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

1 Mục đích thí nghiệm

1 Làm quen với hệ thống thiết bị thí nghiệm trao đổi nhiệt ống lòng ống

2 Tính hệ số truyền nhiệt trong trường hợp hai lưu thể chuyển động xuôi chiều và ngược chiều

3 Nhận xét, so sánh và chọn chiều lưu thể

2 Cơ sở lý thuyết

Trong những tính toán về các quá trình truyền nhiệt, chuyển khối, việc xác định hệ

số truyền nhiệt và chọn chiều chuyển động của lưu thể ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả làm việc của thiết bị

Hình 3.1 Ảnh hưởng của chiều lưu thể đến hiệu quả truyền nhiệt

Bằng thí nghiệm người ta đã xây dựng được các công thức thực nghiệm tính hệ số cấp nhiệt của các chất khác nhau trong những trường hợp cụ thể Giá trị của hệ số cấp nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào chế độ chuyển động của lưu thể, thường chúng tăng theo hàm mũ của Reynolds ở chế độ chuyển động rối

11- Điều khiển bơm 12- Lưu lượng kế lạnh 13- Lưu lượng kế nóng 14- Đai giữ

4.2 Nguyên lý hoạt động

Lưu thể trong thùng gia nhiệt được đun nóng tới nhiệt độ nhất định sau đó được bơm vào ống truyền nhiệt (ống trong 8), một phần hồi lưu lại thùng gia nhiệt để lưu lượng dòng

có thể thay đổi được tùy ý

Lưu thể lạnh theo đường ống 7 để vào ống lồng ngoài 9 Tại đó xảy ra quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt dòng nóng truyền cho dòng lạnh qua thành ống Nhiệt độ của dòng nóng và dòng lạnh trước và sau truyền nhiệt được đo bằng các nhiệt kế Lưu lượng dòng được đo bằng lưu lượng kế 12, 13

Hệ thống van được thiết kê để có thể đổi chiều chuyển động của các lưu thể nóng hoặc lạnh chảy trong các ống truyền nhiệt

B¬m Gia nhiÖt

4.3 Thứ tự tiến hành thí nghiệm

Trong bài này sinh viên lần lượt phải làm thí nghiệm để xác định hệ số truyền nhiệt khi hai lưu thể chuyển động cùng chiều và ngược chiều

Trình tự thí nghiệm tiến hành như sau:

1 Quan sát, tìm hiểu và kiểm tra sơ đồ hệ thống thiết bị

2 Kiểm tra lượng nước trong thùng gia nhiệt (nếu thùng gia nhiệt chưa có nước hoặc mực nước thấp thì phải cấp nước cho nước ngập khoảng một nửa can nhiệt) Lắp ống cấp nước của phòng thí nghiệm vào đầu nước vào của hệ thống

3 Mở tủ điện, đóng Aptomat điện

4 Đóng cửa tủ điện, Bật gia nhiệt để đun nóng nước trong thùng, mở các van ống nước

nóng đồng thời bật công tắc cho bơm làm việc

5 Đến khi nước trong thùng đạt khoảng 45- 50oC thì mở van nước lạnh

6 Điều chỉnh các van sau cho hai lưu thể chuyển động cùng chiều

7 Đợi cho nhiệt độ tại các nhiệt kế ổn định đọc các chỉ số trên nhiệt kế và lưu lượng kế ghi vào bảng số liệu

8 Điều chỉnh thay đổi lưu lượng các dòng theo lưu lượng kế 12, 13 rồi ghi lại số liệu cho thí nghiệm lần thứ hai khi chỉ số các nhiệt kế đã ổn định Làm thí nghiệm 5 lần

9 Điều chỉnh van sao cho hai lưu thể chuyển động ngược chiều rồi tiến hành tương tự trường hợp xuôi chiều

10 Kết thúc thí nghiệm Tắt gia nhiệt, chờ nhiệt độ xuống 35oC sau đó Tắt bơm, cuối cùng

ngắt Aptomat trong tủ điện, đóng van nước lạnh Dọn dẹp, lau chùi khô ráo nơi thí nghiệm trước khi ra về

Ghi kết quả thí nghiệm vào bảng sau rồi báo cáo số liệu với cán bộ hướng dẫn:

V1 (l/ph)

Lưu lượng lưu thể nóng

V2 (l/ph)

Nhiệt độ đầu của nước nóng,

C

Nhiệt độ cuối của nước nóng,

C

Nhiệt độ đầu của nước lạnh,

C

Nhiệt độ cuối của nước lạnh,

Vận tốc lưu thể chảy trong ống nhỏ:

Trong đó: V1, V2 - lưu lượng lưu thể đo được ở dòng lạnh và dòng nóng, m3/s

Dtr - đường kính trong của ống dẫn lớn, Dtr = 0,030 m

dn - đường kính ngoài của ống dẫn nhỏ, dn = 0,021 m

dtr - đường kính trong của ống dẫn nhỏ, dtr = 0,019 m

2 Tính chuẩn số Reynolds:

Chuẩn số Reynolds dòng nóng: (3.3)

Trong đó: Dtđ - đường kính tương đương của ống dẫn; ;

Các đại lượng độ nhớt  (Ns/m2) và khối lượng riêng  (kg/m3) lấy theo nhiệt độ trung bình của mỗi dòng (theo sổ tay hóa công)

3 Tính nhiệt lượng Q truyền giữa hai lưu thể và hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể: Nhiệt lượng Q truyền giữa hai lưu thể: , J/s (3.4)

Trong đó: G - lưu lượng dòng nóng, kg/s

C - nhiệt dung riêng của lưu thể, J/kg.độ

t1, t2 - nhiệt độ đầu và cuối của dòng nóng, C

s/m,)dD(785,0

V

n 2 tr

1

s/m,d.785,0





 dtr.W2Re

m,dD

Dtd  tr  n

)tt.(

C.G

Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể:

hoặc

Trong đó: - hiệu số nhiệt độ của hai lưu thể tại điểm đầu và điểm cuối

4 Tính hệ số truyền nhiệt của thiết bị:

Hệ số truyền nhiệt của thiết bị: , W/m2độ

Trong đó: F - bề mặt truyền nhiệt của thiết bị, F = 0,051 m2

(m3/s)

Lưu lượng lưu thể nóng V2

(m3/s)

Nhiệt lượng truyền giữa

2 lưu thể Q (J/s)

Hiệu số nhiệt độ trung bình

ttb (oC)

Chuẩn số Rey-nolds dòng lạnh

Chuẩn số Rey-nolds dòng nóng

Hệ số truyền nhiệt K (W/m2độ)

1 Thế nào là dẫn nhiệt, cấp nhiệt (đối lưu nhiệt) và bức xạ nhiệt?

2 Phân loại các kiểu chuyển động của hai lưu thể?

3 Định nghĩa hệ số truyền nhiệt, hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể?

4 Nêu cách xác định nhiệt độ trung bình của tường và của chất tải nhiệt?

5 Thế nào là bán kính thuỷ lực và đường kính tương đương?

c d

c d tb

t

tln

ttt

QK





BÀI 4: HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN

1 Mục đích thí nghiệm

1 Làm quen với hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp có ống chảy truyền

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

2 Cơ sở lý thuyết

a) Khái niệm chưng luyện:

Chưng luyện là quá trình tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa trên cơ sở độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp

Quá trình chưng luyện được tiến hành trong các thiết bị loại tháp đĩa và tháp đệm Khi làm việc, hơi đi từ dưới lên tiếp xúc với chất lỏng chảy từ trên xuống, và trong pha hơi sẽ ngưng tụ lại cấu tử khó bay hơi, nhiệt toả ra do quá trình ngưng tụ này sẽ làm bay hơi một lượng cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng Vì vậy khi lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như thế, trong pha hơi sẽ giàu cấu tử dễ bay hơi, còn trong pha lỏng sẽ giàu cấu

tử khó bay hơi Nói một cách khác, với chiều cao tháp thích hợp (số đĩa tương ứng), cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được sản phẩm có nồng độ cấu tử dễ bay hơi cao và ở đáy tháp

ta thu được sản phẩm giàu cấu tử khó bay hơi, nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp và do đó nhiệt độ sôi cũng thay đổi theo chiều cao của tháp, tương ứng với sự thay đổi nồng độ

b) Cân bằng vật liệu của tháp:

Cân bằng vật liệu của tháp: F.xF = W.xw+ P.xP

Trong đó: F - lượng hỗn hợp đầu cho vào tháp , Kg/s

W - lượng sản phẩm đáy, Kg/s

P - lượng sản phẩm đỉnh, Kg/s

xF, xw, xP - nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu, đáy và đỉnh tháp

c) 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 – GP.CP.tP + 0,05 Q

Hay Q =

0,95

t.CG- tF.C-.t W.C+ 1).P.i+

, W

Trong đó: 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

Rx : chỉ số hồi lưu

CF, Cw, CP: nhiệt dung riêng của dung dịch ở đĩa tiếp liệu, đáy và đỉnh tháp, J/Kg.độ

- Nhiệt dung riêng của dung dịch tính theo công thức: C = a1c1 + a2c2

Trong đó: a1, a2 : phần trăm khối lượng của cấu tử 1 và cấu tử 2

c1, c2 : nhiệt dung riêng của cấu tử 1 và cấu tử 2, J/Kg.độ

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

- Hàm nhiệt của hơi tra trong sổ tay quá trình và thiết bị

- Chỉ số hồi lưu tính theo công thức:

G x - lượng lỏng hồi lưu, kg/s; P: lượng sản phẩm đỉnh, kg/s

V x , V P - lượng lỏng hồi lưu, lượng sản phẩm đỉnh, m3

/s (ở đây ta chấp nhận nhiệt độ của sản phẩm đỉnh bằng nhiệt độ hồi lưu)

d) Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng:

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện: y = +

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng: y = -

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

V

V P

G

x R

x R

L R

x R

(xF, yF1) với điểm có tọa độ (xP, yP) xác định được đường nồng độ làm việc của đoạn luyện Nối điểm có tọa độ (xF, yF1) với điểm có tọa độ (xw, yw) xác định được đường nồng

độ làm việc của đoạn chưng

* Vẽ đường nồng độ làm việc của đoạn chưng với x [xw; xF]: thay giá trị xF vào phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng tính được yF2 Nối điểm có tọa độ (xF, yF2) với điểm có tọa độ (xw, yw) xác định được đường nồng độ làm việc của đoạn luyện Nối điểm có tọa độ (xF, yF2) với điểm có tọa độ (xp, yp) xác định được đường nồng

độ làm việc của đoạn chưng

Hình 4.1 Đường cân bằng lỏng hơi hệ Etylic – Nước

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 đó chính là số đĩa lý thuyết Nlt

+ Xác định hiệu suất làm việc của tháp:

Hiệu suất làm việc của tháp:

Trong đó : Nlt - số đĩa lý thuyết

Ntt - số đĩa thực tế (với tháp này Ntt = 29 đĩa)

Lưu ý: Xác định số đĩa lí thuyết và hiệu suất làm việc của tháp theo hai cách:

Cách 1: theo các giá trị nồng độ xF, xw, xP đo được từ thực nghiệm

Cách 2: theo các giá trị nồng độ xF, xw, xP tra ở sổ tay quá trình và thiết bị ứng với các giá trị nhiệt độ tương ứng đo được từ thực nghiệm