BÁO-CÁO-THÍ-NGHIỆM-QTTB-2

+ Giai đoạn 2 – ngưng tụ đẳng nhiệt: trạng thái môi chất lạnh thay đổi từ hơi quá nhiệt về nước sôi hoặc hơi ẩm thông qua quá trình thải nhiệt ra ngoài nhờ thiết bị ngưng tụ dàn nóng.. S

699 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

- -

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CNSH II

Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp sinh viên:

Mã lớp học:

Hà Nội, ngày 10/01/2020

PHẦN I: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI SẤY BƠM NHIỆT

I Mục đích thí nghiệm:

a Làm quen và nắm vững quy trình vận thành thiết bị sấy bơm nhiệt thí nghiệm

b Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy (đường cong sấy)

c Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với tốc độ sấy (đường cong tốc độ sấy)

II Thiết bị và nguyên lý hoạt động:

1 Sơ đồ nguyên lý thiết bị:

Thiết bị sấy bơm nhiệt theo nguyên lý trên gồm các thành phần như sau:

I – Calorife, trong calorife này có các dàn lạnh để tách ẩm và dàn nóng để gia nhiệt cho TNS

II – Buồng sấy

III, IV – Kênh gió vào và ra của buồng sấy

V – Hộp kỹ thuật, nơi chứa máy nén, các van tiêt lưu, dàn nóng và dàn lạnh phụ

2 Nguyên lý làm việc:

Thiết bị sấy bơm nhiệt làm việc dựa trên 2 chu trình tuần hoàn khép kín như sau:

2.1 Chu trình của TNS:

TNS được tách ẩm ơ dàn bay hơi BH1 và được nâng nhiệt độ ở dàn ngưng tụ NT1 nằm trong calorife I Sau đó quạt QTN đưa vào buồng sấy II qua kênh gió vào III, tại đây TNS lấy

ẩm của VLS và đi ra theo kênh gió IV rồi quay lại calorife I Cứ như vây, chu trình được tuần hoàn kín

2.2 Chu trình bơm nhiệt:

Chu trình bơm nhiệt tuần hoàn liên tục 4 giai đoạn sau:

+ Giai đoạn 1 – nén đoạn nhiệt: quá trình nén môi chất lạnh từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp lên áp suất vao, nhiệt độ cao trong máy nén

+ Giai đoạn 2 – ngưng tụ đẳng nhiệt: trạng thái môi chất lạnh thay đổi từ hơi quá nhiệt về nước sôi hoặc hơi ẩm thông qua quá trình thải nhiệt ra ngoài nhờ thiết bị ngưng tụ (dàn nóng)

+ Giai đoạn 3 – Tiết lưu, entanpy không đổi: Môi chất lạnh bị giảm áp suất khi đi qua van tiết lưu, quá trình này không làm thay đổi entanpy của môi chất lạnh

+ Giai đoạn 4 – Bay hơi đẳng nhiệt: Trạng thái môi chất lạnh thay đổi từ hơi ẩm thành hơi bão hòa khô hoặc hơi quá nhiệt thông qua quá trình thu nhiệt nhờ thiết bị bay hơi (dàn lạnh)

III Kết quả tính toán:

STT

BẢNG SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Thời gian

(phút)

Nhiệt độ buồng sấy ( C )

Khối lượng VLS (g)

Lượng ẩm bay hơi

W (g)

Khối lượng ẩm

Ga (g)

Độ ẩm VLS

W (%)

Vận tốc sấy dW/dt (g/ph)

1 0 40,2 895 13 65,5 0,073184358 0,001366055

2 10 40,8 882 11,5 52,5 0,05952381 0,001242444

3 20 40.2 870,5 10,5 41 0,047099368 0,001163425

4 30 40 860 7 30,5 0,035465116 0,000791529

5 40 39,9 853 5,5 23,5 0,027549824 0,000631089

6 50 40.8 847,5 5 18 0,021238938 0,000580867

7 60 39.5 842,5 4 13 0,015430267 0,000469681

8 70 41,5 838,5 6 9 0,010733453 0,000712985

9 80 39,6 832,5 1,5 3 0,003603604 0,000179855

10 90 40,8 831 1 1,5 0,001805054 0,000120264

11 100 40 830 0,5 0,5 0,00060241 6,0241E-05

IV Đồ thị và nhận xét:

Nhận xét: - Thời gian càng tăng lượng ẩm càng nhỏ, tuy nhiên có một chỗ gián đoạn là do cấu trúc của mao dẫn vật liệu sấy làm cho chỗ đó dễ thoát hơi nước, càng về sau chỉ còn phần nhỏ ẩm sâu bên trong mao dẫn, vì vậy thời gian sấy dài hơn, đường cong tốc độ cũng không bị dốc như trước

0 2 4 6 8 10 12 14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Đường cong tốc độ

Lượng ẩm bay hơi

W (g)

Vận tốc sấy dW/dt (g/ph)

0 20 40 60 80 100 120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Đường cong sấy

Lượng ẩm bay hơi

W (g)

Thời gian (phút)

PHẦN II: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI CHƯNG CẤT

I Mục tiêu thí nghiệm:

- Củng cố lý thuyết về nguyên lý chưng cất hỗn hợp hai cấu tử

- Hiểu quy trình vận hành tháp chưng luyện (tháp chóp) với hỗn hợp 2 cấu tử ethanol-nước

- Đo đạc các thông số quá trình

- Xây dựng đường làm việc của đoạn chưng và đoạn luyện Xác định số đĩa lý thuyết bằng phương pháp đồ thị Mc Cabe Thiele

- Tính hiệu suất làm việc của tháp

II Cơ sở lý thuyết và tiến hành thí nghiệm:

Quá trình chưng luyện hỗn hợp hai cấu tử gồm ethanol và nước được thực hiện tại tháp chưng luyện Trong tháp, hơi đi từ dưới lên, lỏng đi từ trên xuống Nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp Nhiệt độ sôi cũng thay đổi tương ứng với sự thay đổi nồng độ Cụ thể, trên đĩa 1, chất lỏng có nồng độ ethanol (cấu tử dễ bay hơi) là x1, hơi bốc lên có nồng độ y1, trong

đó y1 > x1 Hơi này đi lên đĩa 2, tiếp xúc với lỏng trên đĩa này Vì nhiệt độ của chất lỏng tại đĩa 2 thấp hơn đĩa 1, nên một phần hơi được ngưng tụ lại Mặt khác, lỏng trên đĩa 2 nhận nhiệt từ hơi, nên một phần lỏng cũng bay hơi Tại mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi Cấu tử ethanol di chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và một phần ít hơn cấu tử này di chuyển

từ pha hơi vào pha lỏng Quá trình bốc hơi và ngưng tụ này lặp lại nhiều lần dọc theo tháp Do đó tại đỉnh tháp, thu được hỗn hợp có nồng độ ethanol cao; và tại đáy tháp thu được hỗn hợp có nồng độ ethanol thấp

Sơ đồ tháp chưng luyện:

Hỗn hợp ban đầu F với nồng độ xF trong thùng 1 được bơm 2 bơm vào thiết bị gia nhiệt 3

Từ 3, hỗn hợp F đi tiếp vào tháp 4 tại vị trí của đĩa tiếp liệu, và sau đó chảy qua các đĩa xuống đáy tháp Tại đáy tháp, hỗn hợp dung dịch được gia nhiệt bởi thanh gia nhiệt Hơi từ dung dịch bốc lên, đi qua các đĩa của đoạn chưng và đoạn luyện tới đỉnh tháp Sau đó, hơi tiếp tục đi ra khỏi tháp vào thiết bị ngưng tụ 5 Tại đây, hơi được làm mát bởi nước lạnh được bơm bởi bơm số 7 Hơi ngưng tụ thành lỏng và đi ra khỏi thiết bị ngưng tụ với nồng độ xp Một phần dịch lỏng này được dẫn quay trở lại tháp với lưu lượng L Phần còn lại của dung dịch đi xuống thiết bị làm mát

6 và sau đó thành dòng sản phẩm đỉnh P đi ra khỏi hệ thống tháp chưng cất Dòng hồi lưu L quay trở lại tháp, tiếp tục chảy xuống và choán đầy các đĩa của đoạn luyện Tại đáy tháp, dung dịch được dẫn ra ngoài thành dòng sản phẩm đáy W với nồng độ xW

1

2

nước làm mát, vào

3

4

5

6

7

nước làm mát, ra

F, x F

P, x P

W, x W

L, x P

Các bước tiến hành thí nghiệm:

- Bước 1: Bơm nguyên liệu vào thiết bị gia nhiệt giữa và vào đáy tháp Mức nguyên liệu đạt 3/4 chiều cao của đáy tháp thì tắt bơm

- Bước 2: Bật thiết bị gia nhiệt giữa và thiết bị gia nhiệt đáy tháp Duy trì nhiệt độ tại thiết bị gia nhiệt giữa là 93C và tại đáy tháp là 103C

- Bước 3: Kiểm tra hơi bay lên trong tháp Bật bơm nước làm mát Mở van thoát khí không ngưng Mở hết cỡ van hồi lưu Đánh dấu thời gian bắt đầu có hồi lưu

- Bước 4: 20 phút sau khi có hồi lưu, liên tục lấy sản phẩm đỉnh, đo nồng độ Nếu nồng độ sản phẩm đỉnh ổn định, tiến hành bước 5

- Bước 5: Bật bơm nguyên liệu ở mức 0,1 – 0,56 l/min Đồng thời lấy sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy

- Nếu nồng độ sản phẩm đỉnh thấp, tăng lưu lượng hồi lưu, giảm dòng nguyên liệu

- Bước 6: Đo lưu lượng sản phẩm đỉnh, lưu lượng sản phẩm đáy, nồng độ sản phẩm đỉnh, đọc lưu lượng hồi lưu Nếu các đại lượng này ổn định thì có thể sang bước 7

- Bước 7: Kết thúc thí nghiệm Tắt bơm nguyên liệu, tắt gia nhiệt đáy, gia nhiệt giữa Tháo hết sản phẩm đỉnh Chờ 15 phút rồi tắt bơm nước làm mát

III Kết quả thí nghiệm

- Lưu lượng thể tích sản phẩm đỉnh: P(ml/min)(ml/phút)=4/7(l/h)

- Nồng độ thể tích sản phẩm đỉnh: xP (% thể tích)=268/3(%V)

- Lưu lượng thể tích sản phẩm đáy: W =1(ml/min)

- Lưu lượng hồi lưu: L=2 (l/h)

IV Tính toán

- Quy đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng mol xW= 1,74M, xF=40,43

- Quy đổi nồng độ thể tích sang nồng độ mol xP=13,8M

- Phương trình cân bằng vật chất chung: F = P + W

- Phương trình cân bằng chất với cấu tử ethanol: F x F = P x P + W x W

- Chỉ số hồi lưu: R = L/P=3,5

- Chỉ số hồi lưu tối thiểu: Rmin

- Xây dựng đương làm việc của đoạn chưng:

với f = F/P

- Xây dựng đường làm việc của đoạn luyện:

Vậy: y = = 0,78x+3,07

- Xác định số đĩa lý thuyết bằng phương pháp đồ thị Mc Cabe Thiele:

x

- Số đĩa lý thuyết: nlt =4 đĩa

- Hiệu suất tháp:

V Nhận xét và kết luận

Nguyên nhân sai số và cách khắc phục:

• Sai số do thiết bị và dụng cụ đo:

+ Hệ thống có độ chính xác không cao

+Sai số do dụng cụ đo nhiệt độ, nhiệt kế, dụng cụ đo độ rượu

• Sai số do thao tác thí nghiệm

• Sai số trong quá trình tính toán

+ Làm tròn số

+ Vẽ đồ thị không chính xác

PHẦN II:

THÍ NGHIỆM TRAO ĐỔI NHIỆT HAI DÒNG LƯU THỂ

NGƯỢC CHIỀU

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Củng cố kiến thức về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt

Hiểu quá trình vận hành của 1 hệ thồng trao đổi nhiệt cơ bản

Biết cách đo và thu thập các thông số của quá trình

Đánh giá hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt ngược chiều và so sánh với quá trình trao đổi nhiệt xuôi chiều

II QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

Sơ đồ nguyên lý hoạt động:

1 Bình trao đổi nhiệt

2 Ống xoắn ruột gà

3 Thanh nhiệt

4 Bình gia nhiệt

5 Động cơ khuấy

6 Ống chảy tràn

7 Van

8 Bơm

9 Thùng chứa nước nóng

10 Cốc đong

11 Thùng chứa nước lạnh

Các bước thí nghiệm:

Bước 1: Cấp điện cho hệ thống Kiểm tra lại các Van 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 đóng, mở

Van 12 Cấp nước vào thùng chứa 9, bật bơm 8 để bơm nước vào thùng gia nhiệt 4

Bước 2: Khi nước trong thùng gia nhiệt ngập thanh gia nhiệt và cánh khuấy thì bật thanh nhiệt

4 và động cơ cánh khuấy 5

Bước 3: Mở Van 11 để cấp nước nóng vào không gian giữa ống xoắn ruột gà thành bình trao

đổi nhiệt Mở van 9 để nước tuần hoàn về thùng chứa 9

Bước 4: Khi nước từ thùng gia nhiệt chảy tràn qua ống chảy tràn xuống thùng chứa 9 thì điều

chỉnh lưu lượng chảy vào khoảng không gian giữa ống xoắn và thành thiết bị trao đổi nhiệt bằng cách điều chỉnh độ mở của van 9, đồng thời điều chỉnh lượng nước bơm lên thùng gia nhiệt bằng điều chỉnh van 10

Bước 5: Đo vào điều chỉnh lưu lượng nước nóng cấp vào thùng trao đổi nhiệt duy trì ở khoảng

1 lít/phút Ta đo lưu lượng dòng nước nóng bằng cách đóng van 9 và mở van 7 để cho dòng nước nóng chảy vào cốc đong đồng thời bấm thời gian để biết được dòng nước nóng chảy được

1 lít cốc đong thì mất bn thời gian Điều chỉnh van 11 đến khi dòng nước nóng chảy được 1 lít mất khoảng 1 phút (đo 5 lần)

Bước 6: Khi nhiệt độ dòng lưu thể nóng cấp vào bình trao đổi nhiệt duy trì ở nhiệt độ đặt (50oC) thì ta mở van 1 và van 3 để cấp nước lạnh vào không gian bên trong ống xoắn ruột gà từ trên xuống

Bước 7:Mở van 5 để cho nước lạnh ra chảy vào thùng chứa đợi đến khi dòng ổn định thì ta đo

và điều chỉnh lưu lượng dòng nước lạnh ở khoảng 1 lít/phút (đo 5 lần) bằng điều chỉnh độ mở của van 3,đóng van 5 và mở van 6 cho nước lạnh ra chảy vào cốc đong rồi bấm thời gian

Bước 8:Khi 2 dòng nước nóng và lạnh cấp vào bình trao đổi nhiệt ổn định ở lưu lượng khoảng

1 lít/phút thì tiến hành đo nhiệt độ nước nóng, nước lạnh ở đầu vào và ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt (mỗi thông số đo 5 lần)

Bước 9:Kết thúc thí nghiệm thì ngắt điện, đóng hết các van lại và mở van 8 để xả hết nước nóng

ở trong không gian ngoài ống xoắn ruột gà xuống thùng chứa 9

II XỬ LÝ SỐ LIỆU

Các số liệu cho trước:

Diện tích truyền nhiệt: F = 0,12 mm2

Đường kính ngoài của ống: dn = 9 mm dt

Đường kính trong của ống: = 7 mm

Đường kính vòng xoắn: 200mm

Đường kính bình trao đổi nhiệt: DB = 250 mm

Bước xoắn của ống ruột gà: x = 22 mm

Chiều dày ống truyền nhiệt: = 1 mm

Số vòng xoắn: n = 12

Nhiệt dung riêng của nước nguồn nóng: CN =4,1765 kJ/kg.K

Nhiệt dung riêng của nước nguồn lạnh: CL =4,1740 kJ/kg.K

Hệ số dẫn nhiệt của vách truyền nhiệt : =24,15 W/m.K

Hệ số dẫn nhiệt của nước nguồn nóng: ’ =0,654 W/m.K

Độ nhớt của nước tại nhiệt độ của nước nguồn nóng: = 0,00051 Ns/m2

Các số liệu lấy trong quá trình làm thí nghiệm:

Trung

bình

Nhiệt độ nước nóng ra oC 34,7 37,2 36 36

Lưu lượng nước nóng m3/s

16,67 16,67 16,67 16,67

x10-6

x10-6 x10-6 x10-6

Lưu lượng nước lạnh lít/phút 1 1 1 1 Lưu lượng nước lạnh m3/s 16,67 16,67 16,67 16,67 x10-6 x10-6 x10-6 x10-6

Nhiệt độ nguồn lạnh vào: tL1 =27,5oC

Nhiệt độ nguồn lạnh ra: tL2= 32,30C

Nhiệt độ nguồn nóng vào: tN1 = 520C

Nhiệt độ nguồn nóng ra: tN2 = 360C

Các bước tính toán:

Chiều dài của một vòng xoắn: