Mục đích thí nghiệm
Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng hoàn lưu và vị trí mâm nhập liệu đến độ tinh khiết sản phẩm và hiệu suất quá trình chưng cất là rất quan trọng Nghiên cứu này giúp tối ưu hóa các điều kiện vận hành, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng Việc điều chỉnh lưu lượng hoàn lưu và vị trí mâm nhập liệu có thể cải thiện đáng kể hiệu suất chưng cất, góp phần vào sự phát triển bền vững trong ngành công nghiệp chế biến.
Cơ sở lí thuyết
Chưng cất là quá trình tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng hoặc hỗn hợp khí-lỏng dựa trên sự khác biệt về độ bay hơi Các phương pháp chưng cất được sử dụng để phân tách các thành phần riêng biệt trong hỗn hợp một cách hiệu quả.
Chưng cất đơn giản: dủng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác nhau.
Chưng cất bằng hơi nước trực tiếp: dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi.
Chưng cất là quá trình tách riêng các cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp, có thể hòa tan một phần hoặc hoàn toàn vào nhau Theo định luật Henry, trong dung dịch lý tưởng, áp suất riêng phần p của khí trên chất lỏng tỷ lệ thuận với phần mol x của nó trong dung dịch, được biểu thị bằng công thức y = H.p.
Hằng số Henry cho thấy rằng khi nhiệt độ tăng, giá trị H cũng tăng theo Định luật Raoult phát biểu rằng áp suất riêng phần của một cấu tử trong dung dịch bằng áp suất hơi bão hòa của cấu tử đó (tại cùng nhiệt độ) nhân với nồng độ phần mol của nó trong dung dịch, được biểu diễn qua công thức p = ℎ x.
Trong đó: p: áp suất hơi riêng phần của cấu tử trong hỗn hợp hơi.
ℎ: áp suất hơi bão hòa của cấu tử ở cùng nhiệt độ. x: nồng độ phần mol của cấu tử trong dung dịch. e) Mô hình mâm lý thuyết
Mô hình mâm lý thuyết là mô hình toán đơn giản nhất dựa trên các cơ sở sau:
Cân bằng giữa hai pha lỏng và hơi trong hỗn hợp hai cấu tử yêu cầu điều kiện động lực học lý tưởng cho lưu chất trên mâm lý.
+ Pha lỏng phải hòa trộn hoàn toàn trên mâm.
+ Pha hơi không lôi cuốn các giọt lỏng từ mâm dưới lên mâm trên và đồng thời có nồng độ đồng nhất tại mọi vị trí trên tiết diện.
+ Trên mỗi mâm luôn đạt sự cân bằng giữa hai pha.
D: Suất lượng sản phẩm đỉnh.
W: Suất lượng sản phẩm đáy.
: Nồng độ nhập liệu (của cấu tử dễ bay hơi)
: Nồng độ sản phẩm đỉnh (của cấu tử dễ bay hơi).
: Nồng độ sản phẩm đáy(của cấu tử dễ bay hơi).
Để chuyển đổi từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực, việc nắm rõ hiệu suất mâm là rất quan trọng Có ba loại hiệu suất mâm được sử dụng: hiệu suất tổng quát, liên quan đến toàn bộ tháp; và hai loại hiệu suất khác.
5 mâm Murphree, liên quan đến một mâm; Hiệu suất cục bộ, liên quan đến một vị trí cụ thể trên một mâm.
Hiệu suất tổng quát Eo là chỉ số hiệu suất quan trọng, được xác định bằng tỷ lệ giữa số mâm lý tưởng và số mâm thực trong toàn bộ hệ thống tháp Đây là một chỉ số đơn giản nhưng chính xác, phản ánh hiệu quả hoạt động của tháp.
Hiệu suất mâm Murphree là tỷ lệ giữa sự thay đổi nồng độ của pha hơi qua một mâm và sự thay đổi nồng độ cực đại có thể đạt được khi pha hơi rời khỏi mâm cân bằng với pha lỏng rời khỏi mâm thứ n.
Trong đó: yn: nồng độ thực của pha hơi rời mâm thứ n
+1 : nồng độ thực của pha hơi vào mâm thứ n
∗ : nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng rời ống chảy chuyền mâm thứ n.
Nói chung, pha lỏng rời mâm có nồng độ không bằng với nồng độ trung bình của pha lỏng trên mâm nên dẫn đến khái niệm hiệu cục bộ.
Hiệu suất cục bộ được định nghĩa như sau:
Trong đó: ′ : nồng độ pha hơi rời khỏi vị trí cụ thể trên mâm n
′ +1 : nồng độ pha hơi mâm n tại cùng vị trí.
∗ : nồng độ pha hơi cânbằng với pha lỏng tại cùng vị trí.
Các bước tiến hành thí nghiệm
Bước 1: Vận hành thiết bị
Cho 50 lít cồn thô vào bình chứa nhập liệu A
Mở van 6 và van 14, sau đó bật bơm để nhập liệu B vào nồi đun F cho đến khi dung dịch ngập điện trở khoảng 1/3 nồi Sau đó, tắt bơm và khóa van 6 cùng van 14.
Mở van 11 thông áp bình chứa sản phẩm đỉnh và mở van 12 cho nước vào thiết bị ngưng tụ
Khóa van 7, van 8 và van 9
Bật công tắc điện trở nồi đun Khi dung dịch trong nồi đun sôi thì tiến hành làm thí nghiệm
Mở van tương ứng mâm cần khảo sát (van 1 5)
Bật bơm nhập liệu, mở từ từ van 10 để chỉnh lưu lượng nhập liệu (thông qua lư lượng kế C)
Bật công tắc điện trở I gia nhiệt dòng hoàn lưu
Chờ hệ thống hoạt động ổn định (5 phút), bắt đầu lấy số liệu thí nghiệm
Chuyển chế độ thí nghiệm: (khảo sát ảnh hưởng thay đổi vị trí mâm nhập liệu và lưu lượng dòng hoàn lưu)
Để thay đổi vị trí mâm nhập liệu, trước tiên cần tắt điện trở nhập liệu và điện trở hoàn lưu, cùng với việc tắt bơm nhập liệu và điện trở hoàn lưu Sau đó, mở van tương ứng với mâm cần khảo sát và thực hiện các bước vận hành tương tự như trên.
Để thay đổi lưu lượng hoàn lưu, cần giữ nguyên chế độ làm việc và điều chỉnh từ từ van 13 đến giá trị lưu lượng mới Sau khi điều chỉnh, hãy chờ ổn định trong khoảng 5 phút trước khi bắt đầu thu thập số liệu thí nghiệm.
Tắt điện trở nung nóng nhập liệu và hoàn lưu
Tắt bơm nhập liệu và hoàn lưu
Tắt điện trở nồi đun
Tháo sản phẩm đỉnh Đóng van nước cấp ngưng tụ sản phẩm đỉnh (van 12)
Tắt điện vào hệ thống chưng cất
Tính toán kết quả
Bảng 1 Số liệu từ phòng thí nghiệm
Vị trí Lưu lượng dòng Độ chỉ phù kế Nhiệt độ đo
TN F L0 mâm D (ml/ph) xD xF tF tL0
Ta phải quy đổi đơn vị của F,D, x D , x F ,từ thể tích về mol, phần thể tích về phần mol rồi mới tính W, x W
(kg/m 3 ): khối lượng riêng của rượu ở 30 0 C tra trong sổ tay QTTB tập 1-bảng I.2 – trang 9.
(kg/m 3 ): khối lượng riêng của nước ở 30 0 C tra trong sổ tay QTTB tập 1-bảng I.5 – ướ trang 12.
Suất lượng nhập liệu F, suất lượng sản phẩm đỉnh D.
Suất lượng sản phẩm đỉnh:
Nồng độ phần mol, suất lượng mol:
Nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dòng nhập liệu:
Nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dòng nhập liệu:
Suất lượng mol của dòng nhập liệu: ̅̅̅̅ ̅̅̅̅
Nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dòng sản phẩm đỉnh:
Nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dòng sản phẩm đỉnh:
Suất lượng mol của dòng sản phẩm đỉnh: ̅̅̅̅
Phương trình cân bằng vật chất, tính W và x W Giải hệ phương trình, ta có:
Nồng độ phần mol, suất lượng mol:
Nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dòng nhập liệu:
Nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dòng nhập liệu:
Suất lượng mol của dòng nhập liệu: ̅̅̅̅ ̅̅̅̅
Nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dòng sản phẩm đỉnh:
Nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dòng sản phẩm đỉnh:
Suất lượng mol của dòng sản phẩm đỉnh: ̅̅̅̅
Phương trình cân bằng vật chất, tính W và x W Giải hệ phương trình, ta có:
Bảng 2 Kết quả tính cân bằng vật chất.
(kmol/h) (kmol/h) (%mol) (%mol) (kmol/h) (%mol)
Tính các phương trình làm việc
Bảng 3 Kết quả tính đường làm việc
STT Phương trình đường cất Phương trình đường chưng
Kết quả cho ra sai số quá lớn => không thể vẽ đồ thị được.
Kết quả thí nghiệm có sai số.
Sai số trong quá trình tính toán, xử lý số liệu
Kết quả đo chưa chính xác
Nắm rõ thao tác kỹ thuật trước khi làm thí nghiệm. Đọc kết quả và tính toán cẩn thận, lấy sai số ở mức tối thiểu
Trả lời câu hỏi
Chưng cất là quá trình tách các thành phần của hỗn hợp lỏng hoặc lỏng-khí thành các phần riêng biệt dựa trên sự khác nhau về độ bay hơi của chúng trong cùng điều kiện Một số loại thiết bị chưng cất phổ biến bao gồm chưng cất đơn, chưng cất phân đoạn và chưng cất khí.
Có thể sử dụng các loại tháp chưng cất sau:
Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hoặc mâm đĩa lưới.
Tháp chưng cất dùng mâm chóp.
Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật chêm ).
Thí nghiệm này khảo sát những yếu tố nào?
Thí nghiệm này khảo sát hiệu suất làm việc của máy, và thể hiện quan hệgiữa hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất mâm tổng quát.
Tỉ số hoàn lưu là tỉ số trong lượng hoàn lưu quay về tháp và sản phẩm đỉnh lấy ra.
Không có dòng hoàn lưu là không được. b) Nêu điều kiện mô hình mâm lý thuyết? Điều kiện mô hình mâm lý thuyết:
Pha lỏng phải hòa trộn hoàn toàn trên mâm.
Pha hơi không lôi cuốn các giọt lỏng từ mâm dưới lên mâm trên và đồng thời có nồng độ đồng nhất tại mọi vị trí trên tiết diện.
Trên mỗi mâm luôn đạt sự cân bằng giữa hai pha. c) Có mấy lọai hiệu suất mâm?
Có ba loại hiệu suất mâm trong quá trình chưng cất: hiệu suất tổng quát, hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất cục bộ Hiệu suất tổng quát đề cập đến hiệu quả chung của mâm trong quá trình tách chất, trong khi hiệu suất mâm Murphree đo lường hiệu suất tại một điểm cụ thể trên mâm Hiệu suất cục bộ lại phản ánh khả năng tách biệt của từng phần nhỏ trên mâm Mối tương quan giữa các loại hiệu suất này cho thấy rằng hiệu suất tổng quát sẽ bị ảnh hưởng bởi hiệu suất cục bộ và hiệu suất Murphree, do đó, việc tối ưu hóa từng loại hiệu suất là cần thiết để nâng cao hiệu quả của quá trình chưng cất.
Hiệu suất mâm tổng quát Eo là chỉ số đơn giản để đánh giá hiệu suất sử dụng, tuy nhiên nó có độ chính xác thấp, đặc biệt trong việc so sánh tỷ số giữa số mâm lý tưởng và số mâm thực tế trong toàn bộ tháp.
Hiệu suất mâm Murphree là tỷ lệ giữa sự thay đổi nồng độ pha hơi qua một mâm và sự thay đổi nồng độ cực đại có thể đạt được khi pha hơi rời khỏi mâm cân bằng với pha lỏng rời khỏi mâm thứ n.
Hiệu suất mâm cục bộ:
Mối quan hệ giữa hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất mâm tổng quát cho thấy rằng hiệu suất tổng quát của tháp không tương đương với hiệu suất trung bình của từng mâm Sự tương quan này phụ thuộc vào độ dốc tương đối của đường cân bằng và đường làm việc Cụ thể, khi mG/L lớn hơn 1, hiệu suất tổng quát sẽ có giá trị lớn hơn, trong khi khi mG/L nhỏ hơn 1, hiệu suất tổng quát sẽ có giá trị nhỏ hơn.
Nêu các số liệu cần đo trong bài?
Lưu lượng dòng F, D (ml/phút). Độ chỉ cồn kế xD, xF (%). e) Ảnh hưởng của tỉ số hoàn lưu R đến quá trình chưng cất?
Tăng nồng độ sản phẩm đỉnh và làm cho tháp hoạt động.
Giảm số mâm lí thuyết.
Giảm chiều cao tháp. f) Dòng hoàn lưu có tác dụng gì?
Khi tỉ số hoàn lưu (R) tăng và nồng độ sản phẩm đỉnh cao, lượng sản phẩm thu được sẽ ít Ngược lại, nếu tỉ số hoàn lưu (R) thấp và nồng độ sản phẩm đỉnh giảm, lượng sản phẩm thu được sẽ nhiều hơn Do đó, cần duy trì tỉ số hoàn lưu (R) ở mức thích hợp và đủ lớn để tối ưu hóa năng suất thu hồi sản phẩm.
Viết phương trình cân bằng vật chất
Phương trình cân bằng vật chất:
Khi thay đổi lưu lượng dòng hoàn lưu, nồng độ sản phẩm sẽ bị giảm sút, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu quả của sản phẩm.
Khảo sát hoạt động và hiệu suất của thiết bị cô đặc nồi hai vỏ có cánh khuấy, sử dụng nước đường làm dung dịch Quá trình cô đặc diễn ra dưới áp suất chân không, nhằm tối ưu hóa hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Cân bằng vật liệu trong hệ thống cô đặc 1 nồi
Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:
G đ : khối lượng nguyên liệu, [kg];[kg/s]
G c : khối lượng sản phẩm, [kg]; [kg/s]
W : lượng hơi thứ, [kg]; [kg/s] x đ : nồng độ % chất khô trong nguyên liệu, [ phần khối lượng] x c : nồng độ % chất khô trong sản phẩm, [phần khối lượng]
Theo định luật bảo toàn vật chất:
Nồng độ sản phẩm cuối: = đ đ
Theo định luật bảo toàn nhiệt:
Để tính toán các thông số nhiệt, cần xác định nhiệt độ nguyên liệu (tđ), nhiệt độ sản phẩm (tc), nhiệt độ nước ngưng (tn), cùng với các giá trị nhiệt dung riêng của nguyên liệu (cđ), sản phẩm (cc), và nước ngưng (cn), được đo bằng đơn vị J/kg.độ Ngoài ra, cũng cần xem xét hàm nhiệt trong hơi đốt (i) và hàm nhiệt trong hơi thứ (i’), cả hai đều được tính bằng J/kg.
Q cđ tổn thất nhiệt cô đặc, [J]; Q cđ =0.01.∆q.G c
∆q tổn thất nhiệt cô đặc riêng, [J/kg]
Q mt tổn thất nhiệt ra môi trường, [J].
Lượng hơi đốt tiêu tốn:
Tính bề mặt truyền nhiệt có thể xem c c gần bằng c đ Tính bề mặt truyền nhiệt
Theo phương trình truyền nhiệt:
K: hệ số truyền nhiệt, [W/m 2 độ].
F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, [m 2 ]
∆t hi : hiệu số nhiệt hữu ích, [độ].
3 Các bước tiến hành thí nghiệm
Bước 1: Rửa nguội thiết bị
Kiểm tra các van: mở van 6, 10, các van còn lại đóng
Chuẩn bị 20 lít nước sạch trong xô nhựa
Hút chân không khi kim áp kế chỉ 0.8 at thì tắt bơm
Mở van 1 hút hết nước sạch vào trong nồi
Mở công tắc khuấy trộn trong thời gian 5 phút
Mở van 4 xả nước trong nồi ra ngoài
Bước 2: Rửa nóng thiết bị
Kiểm tra các van: van 6 mở, các van còn lại đóng Mở công tắc tổng
Chuẩn bị 20 lít nước sạch trong xô nhựa
Hút chân không khi kim áp kế chỉ 0.8 at thì tắt bơm
Mở van 1 hút hết nước sạch vào trong nồi
Kiểm tra mực nước trong vỏ áo bằng cách mở van 5 xem nước tràn ống kiểm tra chưa, nếu chưa tràn thì châm nước thêm vào phểu
Mở công tắc điện trở (chú ý phải kiểm tra mực nước trong vỏ áo an toàn mới được mở điện trở)
Mở công tắc khuấy trộn
Khi nhiệt độ nước trong nồi đạt 60oC thì mở van 4 xả nước trong nồi ra ngoài 20
Bước 3: Pha dung dịch cô đặc
Pha 5 lít dung dịch đường 15%
Bước 4: Cô đặc dung dịch
Kiểm tra các van: van 6 mở, các van còn lại đóng
Để hút chân không, bạn cần chạy bơm chân không và mở van 10 Khi kim áp kế chân không đạt 0,6 - 0,8 at, hãy tắt bơm và lưu ý không để bơm chạy liên tục Nếu máy phát ra tiếng ồn lớn, hãy ngay lập tức khóa van 10 và tắt bơm chân không.
Mở van 1 để hút hết 5 lít dung dịch vào trong nồi
Mở van 9 để nước vào ống xoắn
Mở công tắc khuấy trộn (5 phút khuấy 1 lần, mỗi lần mất 30s)
Kể từ khi bắt đầu quá trình nấu ở nhiệt độ 62 độ C, hãy lấy mẫu mỗi 10 phút để đo độ Brix và thu thập nước ngưng tụ để đo thể tích Để lấy mẫu, mở van 2 trong 1 giây rồi đóng lại.
Để lấy mẫu nước ngưng tụ, trước tiên đóng van 6 và mở van 7 cùng van 8 Sau khi lấy nước ngưng tụ xong, cần thao tác các van trở về trạng thái ban đầu Lưu ý rằng trong quá trình lấy nước ngưng tụ, không được hút chân không.
Khi dung dịch trong nồi đạt 65oBrix trở lên thì dừng quá trình cô đặc
Mở van 1 để cân bằng áp suất (thông áp khí trời)
Mở van 4 xả dung dịch sau cô đặc ra ngoài để cân khối lượng
Bước 5: Vệ sinh thiết bị
Kiểm tra các van: van 6 mở, các van còn lại đóng
Chuẩn bị 20 lít nước sạch trông xô nhựa
Chạy bơm chân không, khi kim áp kế chỉ 0,8 at thì tắt bơm
Mở van 1 để hút hết nước sạch vào trong nồi
Mở công tắc khuấy trộn trong thời gian 5 phút
Mở van 4 xả nước trong nồi ra ngoài
Bảng số liệu từ phòng thí nghiệm cho thấy các thông số liên quan đến nhiệt độ, nồng độ và lượng nước trong quá trình thí nghiệm Các yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích và đánh giá hiệu quả của dung dịch nước Nhiệt độ và nồng độ nước hơi cũng như dung dịch nước được ghi nhận để phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo.
(phút) ngoài vỏ ℎ (° ) dịch (° ) vào đường ngưng áo (° ) (° ) (Brix) V (ml)
Thể tích dung dịch đường nhập liệu V đ = 15 (m 3 )
Thể tích dung dịch đường thu được sau quá trính thí nghiệm = 9375 (ml) =9,375 (lít) với nồng độ 27,8 o Bx.
Theo phương trình cân bằng vật chất ta có: đ đ = đ 0,185 = 9375.0,278 đ = 14087,8g
Nồng độ phần khối lượng của dung dịch đường nhập liệu:
Tại t=0, nồng độ đường là 18,5 độ Bx vậy x=0,185 (phần khối lượng)
Nồng độ khối lượng của dung dịch đường thu được:
Nồng độ dung dịch đường thu được sau quá trình thí nghiệm 27,8 o Bx và x c =0,278 (phần khối lượng).
Khối lượng dung dịch đường nhập liệu:
V đ :thể tích dung dịch đường nhập liệu (m3) đ : 1076,24 ( 3 ) khối lượng riêng của dung dịch đường nhập liệu ở 18,5 o Bx (kg/m 3 )
( được tra ở Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1 bảng 1.86- trang 59)
Khối lượng dung dịch đường thu được:
V c : thể tích dung dịch đường thu được (m 3 ) đ : 1118,55( 3 ) khối lượng riêng của dung dịch đường thu được ở 27,8 o Bx (kg/m 3 )
(được tra ở Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1 bảng 1.86 trang 59)
Lượng nước ngưng thực tế:
Tổng thể tích nước ngưng thu được trong suốt quá trình thí nghiệm (m 3 ) đ = 994,73( 3 )khối lượng riêng nước ngưng tra bảng ở 33 o C (kg/m 3 )
(được tra bảng theo Sổ tay quá trình thiết bị bảng 1.5 trang 12)
5 Trả lời câu hỏi a) Nêu mục đích thí nghiệm?
Trình bày được cấu tạo, nguyên lí làm việc và ưu nhược điểm thiết bị cô đặc gián đoạn một nồi, hoạt động trong điều kiện chân không.
Vận hành được hệ thống cô đặc.
Để tính toán quá trình cô đặc, cần xác định cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng cùng với các đại lượng đặc trưng Cân bằng vật chất cho quá trình cô đặc có thể được viết như sau: đ = + đ, trong đó đ biểu thị lượng chất đầu vào và đầu ra.
Trong hệ thống cô đặc, khối lượng nguyên liệu và sản phẩm được tính bằng kg, đồng thời nồng độ % chất khô trong nguyên liệu và sản phẩm cũng được xác định theo phần khối lượng Các thiết bị chính của hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong quá trình cô đặc.
Nồi cô đặc hai vỏ có cánh khuấy Thiết bị ngưng tụ ống xoắn Bình chứa nước ngưng Bơm chân không Áp kế đo độ chân không
Hệ thống điện d) Các phương pháp đo nồng độ của dung dịch đường?
Phương pháp 1: sử dụng Brix kế theo nguyên tắc khúc xạ quang học (nồng độ càng lớn góc khúc xạ càng lớn).
Phương pháp 2: dùng phù kế (tỷ trọng kế) theo nguyên tắc nồng độ càng cao thì lực đẩy càng mạnh. e) Nêu ngắn gọn các bước tiến hành thí nghiệm?
Pha dung dịch cô đặc
Cơ sở lý thuyết
Độ giảm áp ∆Pck của dòng khí qua cột phụ thuộc vào vận tốc khối lượng G của dòng khí trong cột khô Khi dòng khí di chuyển qua các khoảng trống giữa các vật chêm, sự gia tăng vận tốc sẽ dẫn đến sự tăng lên của độ giảm áp Mức độ tăng này theo quy luật lũy thừa từ 1,8 đến 2,0 của vận tốc dòng khí.
Khi dòng lỏng chảy ngược chiều, khoảng trống giữa các vật chêm bị thu hẹp, khiến dòng khí di chuyển khó khăn hơn do thể tích tự do bị chiếm chỗ Khi vận tốc dòng khí tăng, ảnh hưởng cản trở của dòng lỏng cũng tăng cho đến một trị số tới hạn, tại đó độ giảm áp của dòng khí tăng vọt Điểm này được gọi là điểm gia trọng Nếu vận tốc khí tiếp tục tăng vượt qua trị số tới hạn, ảnh hưởng cản trở giữa dòng lỏng và dòng khí trở nên lớn, làm ∆Pc tăng nhanh chóng mà không theo phương trình thông thường Lúc này, dòng lỏng chảy xuống cũng gặp khó khăn, dẫn đến hiện tượng cột ở điểm lụt Đường biểu diễn log(∆Pc/Z) thể hiện độ giảm áp suất của dòng khí qua một đơn vị chiều cao của phần chêm trong cột.
Hệ số ma sát f ck theo Rec khi cột khô
ℎ: chiều cao lớp đệm, [m] wo: vận tốc pha khí, [m/s] a: bề mặt riêng, [m 2 /m 3 ]
k: khối lượng riêng của không khí, [kg/m 3 ]
F ck : hệ số ma sát cảu dòng chảy qua lớp hạt, phụ thuộc vào R ek
0,2 Độ giảm áp ∆P cư khi cột ướt
Liên hệ giữa độ giảm áp cột khô ∆P ck và cột ướt ∆P cư có thể biểu diễn như sau:
Do đó có thể dự kiến ư =
Với : hệ số phụ thuộc vào mức độ xối tưới của dòng lỏng L, [kg/m 2 s]
Leva đề nghị ảnh hưởng cảu L lên như sau:
Giá trị của vật chêm phụ thuộc vào loại, kích thước, cách sắp xếp (ngẫu nhiên hoặc theo thứ tự) và lưu lượng lỏng L Chẳng hạn, với vật chêm là vòng sứ Raschig, các yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả hoạt động.
12,7mm, chêm ngẫu nhiên, độ xốp = 0,586; giá trị L từ 0,39 đné 11,7 kg/m 2 s và cột hoạt động trong vùng dưới điểm gia trọng.
Một số tài liệu còn biểu diễn sự phụ thuộc giữa tỉ số ∆ ư với hệ số xối tưới như sau:
Khi A S1 3,14.(0,09) 2
Tính π 2 : π 2 = ∙ √ Ở đây đang tính cho bảng L = 8 (l/p)
Bảng 10 Các trị số kết quả khi cột lụt
Kết quả thí nghiệm có sai số.
Thao tác các van còn lúng túng, chưa chuẩn xác Đọc kết quả đo còn chậm.
Thao tác thực hành nhịp nhàng, nhanh và chính xác.Nắm rõ các thao tác trước khi thí nghiệm
Khảo sát quá trình sấy đối lưu vật liệu là giấy lọc trong thiết bị sấy bằng không khí được nung nóng nhằm:
Xác định đường cong sấy X=f( )
Xác định đường cong tốc độ sấy =g(X)
Giá trị độ ẩm tới hạn, tốc độ sấy N đẳng tốc, hệ số sấy K.
Khảo sát sự biến đổi của các thông số không khí ẩm và vật liệu sấy trong quá trình sấy lý thuyết là rất quan trọng Việc xác định lượng không khí khô cần thiết và nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy lý thuyết giúp tối ưu hóa hiệu suất sấy và tiết kiệm năng lượng.
So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và quá trình sấy lý thuyết.
Quá trình sấy gồm 3 giai đoạn:
Giai đoạn đốt nóng vật liệu xảy ra khi nhiệt độ ban đầu thấp hơn nhiệt độ bay hơi của không khí, dẫn đến sự tăng nhiệt độ của vật liệu Trong giai đoạn này, hàm ẩm thay đổi chậm và thời gian kết thúc nhanh chóng, đặc biệt nếu vật liệu có độ dày nhỏ Tiếp theo là giai đoạn sấy đẳng tốc, trong đó hàm ẩm giảm tuyến tính theo thời gian với tốc độ sấy không đổi Giai đoạn này kéo dài cho đến khi hàm ẩm của vật liệu đạt một giá trị nhất định, đánh dấu sự kết thúc của quá trình sấy.
Giai đoạn giảm tốc trong quá trình sấy bắt đầu khi độ ẩm của vật liệu đạt giá trị tới hạn Wk, dẫn đến sự giảm dần tốc độ sấy và chuyển đổi từ đường thẳng sang đường cong tiệm cận với độ ẩm cân bằng Khi độ ẩm đạt tới W, tốc độ sấy dừng lại và quá trình sấy kết thúc với tốc độ bằng 0 Tốc độ sấy trong giai đoạn này thay đổi tùy thuộc vào tính chất và dạng vật liệu, với hệ số trao đổi ẩm phụ thuộc vào hàm ẩm và nhiệt độ bề mặt Để đơn giản hóa tính toán, người ta thay thế đường cong tốc độ sấy bằng đường thẳng, đảm bảo sai số nhỏ nhất, và giá trị độ ẩm tới hạn sẽ dịch chuyển về điểm tới hạn quy ước, Wkqư, là giao điểm của đường đẳng tốc và đường giảm tốc.
3 Các bước tiến hành thí nghiệm
Làm ẩm đều các tờ vật liệu.
Để kiểm tra thiết bị sấy, bạn cần đổ nước vào chỗ đo nhiệt độ bầu ướt Sau đó, điều chỉnh tốc độ quạt ở nút điều chỉnh tốc độ lên mức 5 và bật công tắc quạt, chờ khoảng 1 phút để phòng sấy khô.
Cài đặt mức điện trở ở mức 7, bật công tắc điện trở để gia nhiệt.
Khi thiết bị sấy hoạt động ổn định với nhiệt độ bầu khô không đổi, sau khoảng 10 phút mở cửa phòng sấy, bạn hãy nhẹ nhàng đặt các tờ giấy lọc lên giá đỡ và sau đó đóng cửa phòng sấy lại.
Ghi nhận các giá trị ban đầu trong phòng sấy bao gồm chỉ số cân khối lượng vật liệu G0, nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt của không khí tại thời điểm t = 0.
