(TIỂU LUẬN) báo cáo THỰC HÀNH kỹ THUẬT THỰC PHẨM bài 1 sấy đối lưu

SẤY ĐỐI LƯU

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Khái niệm chung a Sấy là gì?

Sấy là quá trình sử dụng nhiệt (cung cấp nhờ dẫn nhiệt, đối lưu hoặc bức xạ, ) để làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu. b Mục đích quá trình sấy

Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, giảm ẩm, giảm ẩm, tăng độ bền và bảo quản được tốt.

2 Tĩnh lực học quá trình sấy a Các thông số hỗn hợp không khí

- Nhiệt độ: Gồm 3 loại: t K , t Ư , t S t K : Nhiệt độ bầu khô là nhiệt độ của hỗn hợp không khí được xác định bằng nhiệt kế thông thường t Ư : Nhiệt độ bầu ướt, là nhiệt độ ổn định đạt được khi một lượng nhỏ nước bốc hơi vào hỗn hợp không khí chưa bão hòa trong điều kiện đoạn nhiệt, đo bằng nhiệt kế thông thường có bọc vải ướt ở bầu thủy ngân. t S : Nhiệt độ điểm sương, nhiệt độ ở trạng thái bão hòa hơi nước.

- Độ ẩm: Gồm 3 loại: d, A, d: Là độ chứa hơi, là số kg ẩm có trong 1 kg không khí khô của không khí chưa bảo hòa hơi nước (kẩm/kgkkk).

A: là độ ẩm cực đại là số kg ẩm có trong 1 kg không khí khô của không khí bảo hòa hơi nước (kgẩm/kgkkk).

: Độ ẩm tương đối hay gọi là độ bảo hòa hơi nước = d/A (0%100%).

P: Áp suất tổng của không khí (mmHg).

P bh : Áp suất hơi bảo hòa của nước ở cùng nhiệt độ bầu khô (mmHg).

P h : Áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt vật liệu (mmHg).

Quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ bầu khô Áp suất riêng phần hơi nước trong tác nhân sấy và độ ẩm tương đối là: d=0,622 P bh

H: Là ENTAPI của hỗn hợp không khí ẩm, là nhiệt lượng của hỗn hợp không khí ẩm trong đó có chứa 1 kg không khí khô b Cân bằng vật chất trong thiết bị sấy

- Tính độ ẩm của vật liệu: trong kỹ thuật sấy có 2 khái niệm về độ ẩm vật liệu: x: Độ ẩm vật liệu trên căn bản vật liệu ướt (kgẩm/kgvlư). x= L 1 −L 0

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

- Các phương trình cân bằng vật chất:

Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

L K =L 1 ( 1−x 1 ) =L 2 (1−x 2 ) Lượng vật liệu trước khi sấy:

Lượng vật liệu sau khi sấy:

Lượng ẩm cần tách trong quá trình sấy:

Lượng không khí khô cần trong quá trình sấy:

G = d 2 −d 1 (kg, kg/s) Lượng không khí ẩm cần làm bay hơi 1kg ẩm:

Trong đó: x 1 , x 2 độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo vật liệu ướt. d 0 = d 1 : độ ẩm tác nhân ban đầu và sau khi đun nóng (không có tách ẩm cũng như tăng ẩm trong quá trình đun nóng). d 2 : độ ẩm tác nhân ra (sau khi mang hơi ẩm từ vật liệu sấy ra khỏi buồng sấy). c Cân bằng năng lượng

Nhiệt lượng cần thiết làm bay hơi 1 kg ẩm trong quá trình sấy theo lý thuyết: q c = H 2 −H 0

3 Động học quá trình sấy a Các định nghĩa

- Tốc độ sấy: Là lượng ẩm bay hơi trên 1m2 vật liệu sấy trong một đơn vị thời gian.

- Thời gian sấy: Là thời gian bắt đầu đun nóng vật liệu đến khi vật liệu đạt độ ẩm cần thiết (độ ẩm bảo quản, hoặc độ ẩm nào đó). b Các giai đoạn sấy

Người ta chia các quá trình sấy ra làm các giai đoạn:

- Giai đoạn tăng tốc: Giai đoạn đun nóng vật liệu nhiệt độ vật liệu tăng lượng ẩm bay hơi chậm.

- Giai đoạn sấy đẳng tốc: Là giai đoạn vật liệu sấy bay hơi đều (tốc độ không đổi) theo thời gian nhiệt độ vật liệu sấy không tăng và bằng nhiệt độ vật liệu ướt.

- Giai đoạn giảm tốc: Nhiệt độ vật liệu sấy tăng lượng ẩm bay hơi chậm dần. c Tính tốc độ sấy:

Tốc độ sấy kí hiệu N:

Trong đó: W 1 , W 2 : Là lượng lượng ẩm bay ra ở thời điểm 1 và 2. t 1 , t 2 : Là thời gian sấy từ giai đoạn 1 đến giai đoạn 2.

Thời điểm mới bắt đầu sấy lượng ẩm bay ra là 0 (kg)

Giai đoạn tăng tốc: N TT Giai đoạn đẳng tốc: N ĐT Giai đoạn giảm tốc: N GT d Tính thời gian sấy

Thời gian sấy tính toán lý thuyết của từng giai đoạn được tính bằng công thức: t = NW

Trong thực tế để xác định được thời gian sấy cho từng loại vật liệu ta phải làm thí nghiệm mới có kết quả chính xác. e Giản đồ sấy :

(kgẩm/ kg vật liệu khô) Đẳng tốc

Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểu thiết bị sấy khác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại sấy như sau:

- Dựa vào tác nhân sấy: Thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói lò, ngoài ra còn các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng diện cao tần.

- Dựa vào áp suất làm việc: Thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất thường.

- Dựa vào phương thức làm việc: Sấy liên tục hay sấy gián đoạn

- Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: Thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ.

- Dựa vào cấu tạo thiết bị: Phòng sấy, hầm sấy, sấy bang tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy phun, sấy tầng sôi

- Dựa vào chiều tác động của tác nhân sấy và vật liệu sấy:Cùng chiều, nghịch chiều và giao chiều.

Hình 1.1: Sơ đồ thiết bị sấy

Hình 1.2: Số liệu thực nghiệm quá trình sấy đối lưu

- Dài = 33,2cm và Rộng = 25,6cm  S = 849,92 cm 2

Bảng 1.1: Bảng số liệu thô thu được khi sấy ở nhiệt độ 50 0 C

Bảng 1.2: Bảng số liệu thô thu được khi sấy ở nhiệt độ 60 0 C

- Độ ẩm vật liệu tính trên căn bản vật liệu khô (%kg ẩm/kg vật liệu khô)

- Độ ẩm vật liệu vào lúc t = 0 phút ở nhiệt độ 50 o C là:

Tương tự ta có độ ẩm vật liệu trong các khoảng t=5, t, t, t ở nhiệt độ 50 o C và 60 o C ở các bảng 1.3 và bảng 1.4.

Ta có tốc độ sấy tại t = 5 phút là:

Bảng 1.3: Các thông số và công thức tính toán cho chế độ sấy ở nhiệt độ 50 o C t (phút) G i (kg)

Bảng 1.4: Các thông số và công thức tính toán cho chế độ sấy ở nhiệt độ 60 o C t (phút) G i (kg) Wi (%)

P b (mmHg): Áp suất riêng phần hơi ẩm trên bề mặt vật liệu điều kiện đoạn nhiệt.

P h (mmHg): Áp suất hơi ẩm trong tác nhân sấy (được tra trên giản đồ không khí ẩm)

Do sự giới hạn của giản đồ nên khi nhiệt độ quá 50 o C thì P sẽ được cho bằng 85 mmHg.

Trong đó: J m : cường độ ẩm

B: áp suất phòng sấy a m : hệ số trao đổi ẩm tính theo chênh lệch áp suất (kg/m 2 h.mm.Hg) a m = 0,0229+0,0174.V k

Vk : Tốc độ khí trong phòng sấy ( chọn Vk = 1.6 (m/s)

Tốc độ sấy đẳng tốc

Trong đó: W1: độ ẩm ban đầu khi sấy(%)

Wc: độ ẩm cân bằng = 3%

Thời gian sấy đẳng tốc:

Trong đó: J m : Cường độ ẩm.

B: Áp suất phòng sấy; B = 760mmHg. a m : Hệ số trao đổi ẩm tính theo chênh lệch áp suất (kg/m2

Vk : Tốc độ khí trong phòng sấy ( chọn Vk = 1.6 (m/s) Tốc độ sấy đẳng tốc

Trong đó: W1 : Độ ẩm ban đầu trước khi sấy(%).

- Đồ thị W-τ là một đường cong.

- Độ ẩm của vật liệu giảm dần theo thời gian.

- Đồ thị đường cong tốc độ sấy khác biệt khá nhiều so với lí thuyết do sai số

- Đường đẳng tốc không rõ ràng.

2 Kết quả thí nghiệm: có sai số

- Thời gian sấy chưa chính xác.

- Các thao tác kỹ thuật trong quá trình thí nghiệm chưa tốt.

- Các sai số trong quá trình tính toán, xử lý số liệu.

- Cần nắm rõ các thao tác kỹ thuật trước khi làm thí nghiệm.

- Dùng đồng hồ và cố gắng canh chỉnh thời gian chính xác nhất có thể.

- Đọc kết quả và tính toán cẩn thận, lấy sai số ở mức tối thiểu.

Từ các thông số ghi nhận được từ quá trình thí nghiệm, ta tính ra được những giá trị cần xác định của quá trình sấy Tuy nhiên, do những yếu tố sai sót trong thiết bì cũng như các sai số trong quá trình thực hiện và tính toán, nên kết quả chênh lệch nhiều so với mong đợi, quá trình sấy kéo dài thu được nhiều giá trị giúp giảm bớt việc gây nên sai số khi chờ thời gian sấy quá lâu.

IV TRẢ LỜI CÂU HỎI CHUẨN BỊ

1 Định nghĩa quá trình sấy đối lưu

Sấy đối lưu là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy là không khí nóng, khói lò,

2 Truyền nhiệt và truyền ẩm bằng phương pháp đối lưu

Là quá trình các phân tử chất lỏng hoặc chất khí nhận nhiệt rồi đổi chỗ cho nhau.

Gồm có 3 giai đoạn sấy:

- Giai đoạn đun nóng vật liệu.

- Giai đoạn sấy đẳng tốc.

- Giai đoạn sấy giảm tốc.

- Truyền nhiệt cho vật liệu.

- Dẫn ẩm trong lòng vật liệu.

- Tách ẩm vào môi trường xung quanh.

5 Một vài loại thiết bị sấy

- Thiết bị sấy băng tải.

- Thiết bị sấy thăng hoa.

- Thiết bị sấy tầng sôi.

- Thiết bị sấy bức xạ - đối lưu.

- Thiết bị sấy điện cao tần.

- Thiết bị sấy khí động (hay còn gọi là thiết bị sấy khí thổi).

6 Các thông số cần đo trong quá trình thí nghiệm

Khối lượng, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ướt và thời gian.

Tiến hành sấy miếng vải ở chế độ 50 o C Đặt vật liệu vào buồng sấy, ghi nhận các giá trị thí nghiệm (khối lượng, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ướt) Sau đó cứ 5 phút ghi nhận giá trị, tiếp tục đến khi giá trị khối lượng vật liệu không đổi trong vòng

20 phút thì dừng thí nghiệm.

8 Cách thức tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Chuẩn bị thí nghiệm:

- Xác định khối lượng vật liệu khô ban đầu (G 0 ) của vật liệu:

- Mở cửa buồng sấy ra, đặt cẩn thận.

- Làm ẩm vật liệu: Sau khi cân xong, lấy vật liệu ra và nhúng nhẹ nhàng (tránh rách vật liệu) vào chậu nước Chờ khoảng 30 giây cho nước thấm đều, lấy vật

25 liệu lên và để ráo nước sau đó xếp vào giá Chuẩn bị đồng hồ đeo tay để đo thời gian.

Lắp lại cửa buồng sấy.

Mở hết các van của hai cửa khí vào ra.

Châm đầy nước vào bầu ướt (phía sau hệ thống).

- Lập bảng số liệu thí nghiệm.

Bước 2: Khởi động hệ thống:

- Khởi động quạt: bật công tắc của quạt để hút dòng tác nhân vào và thổi qua caloriphe gia nhiệt dòng tác nhân.

- Khởi động caloriphe, bật công tắc Caloriphe.

- Cài đặt nhiệt độ cho Caloriphe ở nhiệt độ thí nghiệm Bước 3: Tiến hành thí nghiệm:

- Chờ hệ thống hoạt động ổn định khi: nhiệt độ của Caloriphe đạt giá trị mong muốn ( 1 2 0 C

) Tiến hành sấy vật liệu ở nhiệt độ khảo sát.

- Đo số liệu trong chế độ thí nghiệm.

- Các số liệu cần đo: Khối lượng, nhiệt độ bầu khô, bầu ướt và thời gian.

Khối lượng (gam) khi đặt giá đỡ vật liệu sấy, đọc số hiển thị trên cân.

Nhiệt độ ( 0 C): Nhấn nút tương ứng các vị trí cần đo và đọc số trên đồng hồ hiện số.

- Chuyển chế độ thí nghiệm (nếu có):

Mở cửa buồng sấy, lấy vật liệu ra làm ẩm tiếp (lặp lại như ban đầu).

Cài nhiệt độ Caloriphe ở giá trị tiếp theo cho chế độ sấy mới.

Chờ hệ thống hoạt động ổn định.

Lặp lại trình tự như chế độ đầu.

Bước 4: Kết thúc thí nghiệm

- Tắt công tắt của điện trở Caloriphe.

- Sau khi tắt Caloriphe được 5 phút, tắt quạt cho Caloriphe nguội.

- Trình bày được cấu tạo, nguyên lí làm việc và ưu nhược điểm của thiêt bị.

- Vận hành được hệ thống thiết bị sấy.

- Tính toán được các thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng, thời gian sấy đẳng tốc và giảm tốc.

- Xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy dựa trên số liệu thực nghiệm.

- Là đường cong biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm vật liệu (W) theo thời gian sấy

- Phụ thuộc vào nhiều yếu tố như liên kết giữ ẩm và vật liệu, hình dáng kích thước; cấu trúc vật liệu, phương pháp và chế độ sấy.

- Đường cong sấy là hàm của quá trình sấy.

11 Đường cong tốc độ sấy

Là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm (hàm ẩm) của vật liệu sấy Đường cong tốc độ sấy là đạo hàm của đường cong sấy.

12 Phương trình cơ bản của động học quá trình sấy q o R O r

13 Khái niệm sấy và sự khác nhau giữa sấy và cô đặc

Sấy đối lưu là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi Trong đó, cả hai quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm đều được thực hiện bằng phương pháp đối lưu.

Sự khác nhau giữa sấy và cô đặc:

- Sấy là quá trình bốc hơi nước làm cho vật liệu khô đi không còn ẩm trong đó

- Cô đặc cũng là quá trình làm bốc hơi nước nhưng nó làm giàu các cấu tử hòa tan trong đó và làm cho vật liệu cô đặc lại.

14 Thời gian sấy của vật liệu

Ta phải phụ thuộc vào chế độ sấy của vật liệu mà ta mới biết được thời gian sấy của vật liệu Vì vậy đối với mỗi vật liệu có các chế độ sấy khác nhau thì thời gian sấy cũng khác nhau.

1 Khái niệm chung a Định nghĩa cô đặc

KẾT LUẬN

TRẢ LỜI CÂU HỎI CHUẨN BỊ

CÔ ĐẶC

Cơ sở lý thuyết

a Cân bằng vật liệu trong hệ thống cô đặc 1 nồi

Trong đó: 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: Lượng hơi thứ:

Nồng độ sản phẩm cuối: b Cân bằng nhiệt lượng

Theo định luật bảo toàn nhiệt:

Với: t đ nhiệt độ nguyên liệu, [độ] t c nhiệt độ sản phẩm, [độ]. t n nhiệt độ nước ngưng, [độ] c đ nhiệt dung riêng nguyên liệu, [J/kg.độ] c c nhiệt dung riêng sản phẩm, [J/kg.độ] c n nhiệt dung riêng nước ngưng, [J/kg.độ] i hàm nhiệt trong hơi đốt, [J/kg] i’ hàm nhiệt trong hơi thứ, [J/kg]

Q cđ tổn thất nhiệt cô đặc, [J]; Q

∆q tổn thất nhiệt cô đặc riêng, [J/kg]

Q mt tổn thất nhiệt ra môi trường, [J].

- Lượng hơi đốt tiêu tốn:

Trong quá trình tính toán nhiệt có thể xem cc ≈ cđ

- Tính bề mặt truyền nhiệt

Trong đó: Q: lượng nhiệt truyền, [J].

K: hệ số truyền nhiệt, [W/m 2 độ].

F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, [m 2 ] : thời gian cô đặc, [s].

∆t hi : hiệu số nhiệt hữu ích, [độ].

Thiết bị thí nghiệm

Dung dịch được cô đặc theo từng mẻ, nhập liệu một lần từ thùng chứa dung dịch đầu dung dịch sôi trong buồng bốc hơi do nhiệt truyền từ nước nóng bên vỏ ngòai Hơi thứ bốc hơi do nhiệt truyền từ nước nóng bên vỏ ngoài Hơi thứ bốc lên từ dung dịch sôi được dẫn qua thiết bị ngưng tụ ống xoắn để ngưng tụ thu hồi và định lượng Một bơm chân không loại vòng nước được sử dụng để tạo chân không cho hệ thống.

Hệ thống cô đặc hai vỏ có thiết bị chính sau:

- Nồi cô đặc hai vỏ có cánh khuấy

- Thiết bị ngưng tụ ống xoắn

- Áp kế đo độ chân không

Tính toán

- Độ ẩm vật liệu tính trên căn bản vật liệu khô (%kg ẩm/kg vật liệu khô)

- Độ ẩm vật liệu vào lúc t = 0 phút ở nhiệt độ 50 o C là:

Tương tự ta có độ ẩm vật liệu trong các khoảng t=5, t, t, t ở nhiệt độ 50 o C và 60 o C ở các bảng 1.3 và bảng 1.4.

Ta có tốc độ sấy tại t = 5 phút là:

Bảng 1.3: Các thông số và công thức tính toán cho chế độ sấy ở nhiệt độ 50 o C t (phút) G i (kg)

Bảng 1.4: Các thông số và công thức tính toán cho chế độ sấy ở nhiệt độ 60 o C t (phút) G i (kg) Wi (%)

P b (mmHg): Áp suất riêng phần hơi ẩm trên bề mặt vật liệu điều kiện đoạn nhiệt.

P h (mmHg): Áp suất hơi ẩm trong tác nhân sấy (được tra trên giản đồ không khí ẩm)

Do sự giới hạn của giản đồ nên khi nhiệt độ quá 50 o C thì P sẽ được cho bằng 85 mmHg.

Trong đó: J m : cường độ ẩm

B: áp suất phòng sấy a m : hệ số trao đổi ẩm tính theo chênh lệch áp suất (kg/m 2 h.mm.Hg) a m = 0,0229+0,0174.V k

Vk : Tốc độ khí trong phòng sấy ( chọn Vk = 1.6 (m/s)

Tốc độ sấy đẳng tốc

Trong đó: W1: độ ẩm ban đầu khi sấy(%)

Wc: độ ẩm cân bằng = 3%

Trong đó: J m : Cường độ ẩm.

B: Áp suất phòng sấy; B = 760mmHg. a m : Hệ số trao đổi ẩm tính theo chênh lệch áp suất (kg/m2

Vk : Tốc độ khí trong phòng sấy ( chọn Vk = 1.6 (m/s) Tốc độ sấy đẳng tốc

Trong đó: W1 : Độ ẩm ban đầu trước khi sấy(%).

1 Khái niệm chung a Định nghĩa cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một phần dung môi ở nhiệt độ sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ. b Mục đích của quá trình cô đặc

- Làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch.

- Tách chất rắn hoà tan ở dạng rắn (kết tinh).

- Tách dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước). c Các phương pháp cô đặc

- Cô đặc ở áp suất khí quyển: là phương pháp đơn giản nhưng không kinh tế.

- Cô đặc ở áp suất chân không: dung cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dung dịch dễ bị phân huỷ vì nhiệt…

- Cô đặc ở áp suất dư: dung cho các dung dịch không phân huỷ ở nhiệt độ cao, sử dụng hơi thứ cho các quá trình khác

2 Cơ sở lý thuyết a Cân bằng vật liệu trong hệ thống cô đặc 1 nồi

Trong đó: 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: Lượng hơi thứ:

Nồng độ sản phẩm cuối: b Cân bằng nhiệt lượng

Theo định luật bảo toàn nhiệt:

Với: t đ nhiệt độ nguyên liệu, [độ] t c nhiệt độ sản phẩm, [độ]. t n nhiệt độ nước ngưng, [độ] c đ nhiệt dung riêng nguyên liệu, [J/kg.độ] c c nhiệt dung riêng sản phẩm, [J/kg.độ] c n nhiệt dung riêng nước ngưng, [J/kg.độ] i hàm nhiệt trong hơi đốt, [J/kg] i’ hàm nhiệt trong hơi thứ, [J/kg]

Q cđ tổn thất nhiệt cô đặc, [J]; Q

∆q tổn thất nhiệt cô đặc riêng, [J/kg]

Q mt tổn thất nhiệt ra môi trường, [J].

- Lượng hơi đốt tiêu tốn:

Trong quá trình tính toán nhiệt có thể xem cc ≈ cđ

- Tính bề mặt truyền nhiệt

Trong đó: Q: lượng nhiệt truyền, [J].

K: hệ số truyền nhiệt, [W/m 2 độ].

F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, [m 2 ] : thời gian cô đặc, [s].

∆t hi : hiệu số nhiệt hữu ích, [độ].

Dung dịch được cô đặc theo từng mẻ, nhập liệu một lần từ thùng chứa dung dịch đầu dung dịch sôi trong buồng bốc hơi do nhiệt truyền từ nước nóng bên vỏ ngòai Hơi thứ bốc hơi do nhiệt truyền từ nước nóng bên vỏ ngoài Hơi thứ bốc lên từ dung dịch sôi được dẫn qua thiết bị ngưng tụ ống xoắn để ngưng tụ thu hồi và định lượng Một bơm chân không loại vòng nước được sử dụng để tạo chân không cho hệ thống.

Hệ thống cô đặc hai vỏ có thiết bị chính sau:

- Nồi cô đặc hai vỏ có cánh khuấy

- Thiết bị ngưng tụ ống xoắn

- Áp kế đo độ chân không

Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị cô đặc

Hình 2.2: Số liệu thực nghiệm quá trình cô đặc

Bảng 2.1: Số liệu thô thu được sau quá trình cô đặc

Nồng độ phần khối lượng của dung dịch đường nhập liệu:

Tại t = 0, nồng độ là 17,5Bx vậy xđ = 0,175 (phần khối lượng)

Nồng độ dịch đường thu được sau quá trình thí nghiệm:

73,5Bx => xc= 0,73,5 (phần khối lượng)

Lượng nước ngưng thực tế:

(Tổng thể tích nước ngưng thu được trong suốt quá trình thí nghiệm (m 3 )).

Tính cân bằng vật chất và các đại lượng chưa biết: Ta có: x đ = 0,175 (phần khối lượng)

Tính xc và W áp dụng định luật bảo toàn vật chất:

Bảo toàn khối lượng: Gđ = Gc + W

Bảo toàn chất khô: G đ x đ = G c x c x c = G đ x đ / G c = 10 0,175/1,64 = 1,06 (phần khối lượng)

Sai số nồng độ cuối của quá trình:

Trong đo: x c : Nông đọ % chât kho trong san phâm sau co đạc theo ly thuyêt (phân khôi luơng). x c ’ : Nông đọ % chât kho trong san phâm co đạc theo thưc tê đo băng Bx kê (phân khôi luơng).

Sai số lượng nước ngưng thu được trong quá trình cô đặc

(Bx)đườngdịchdungđộNồng Đồ thị biểu diễn nồng độ dung dịch đường theo thời gian cô đặc thu đượ

Thời gian (Phút) Đồ thị biểu diễn lượng nước ngưng thu được theo thời gian cô đặc

- Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa chỉ số Bx và thời gian cô đặc : Chỉ số Bx tăng dần theo thời gian

- Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lượng nước ngưng thu được và thời gian cô đặc : Lượng nước ngưng có lúc tăng lúc giảm theo thời gian do áp lực khí không đủ để đẩy nước từ bình chứa ngưng ra ngoài để đo.

Thiết bị cô đặc gián đoạn một nồi sử dụng trong thí nghiệm cô đặc, giúp chúng ta thực hành và hiểu về quy trình cũng như các cách vận hành của thiết bị cô đặc Quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một phần dung môi ở nhiệt độ sôi trong môi trường chân không nên nhiệt độ sôi của dung dịch đường giảm, làm giảm sự hao phí nhiệt năng và giúp cho sản phẩm không bị biến tính khi ở nhiệt độ cao Trong quá trình thực hành thí nghiệm sẽ không tránh khỏi sự sai xót về thông số, nhiệt độ, thời gian.

- Dụng cụ thiết bị thí nghiệm còn nhiều hạn chế.

- Sai số làm tròn lớn.

- Cân đong dung dịch đường chưa chính xác.

- Thông số thiết bị không ổn định.

- Thời gian không đồng đều.

- Kiểm tra thiết bị trước và sau khi làm thí nghiệm Báo ngay cho bộ phận sửa chữa nếu có phát hiện hư hỏng.

- Cần nắm vững kiến thức trước khi thực hành thí nghiệm.

- Vệ sinh và khởi động thiết bị để nhiệt độ và áp suất ổn định.

- Thao tác vận hành nhanh, pha dung dịch phải chuẩn.

- Tính toán cẩn thận và chính xác.

1 Mục tiêu bài thí nghiệm là gì?

- 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.

- Tính toán được cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng và các đại lượng đặc trưng cho quá trình cô đặc.

Là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một phần dung môi ở nhiệt độ sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ.

3 Mục đích của quá trình cô đặc là gì?

- Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch.

- Tách chất rắn hòa tan ở dạng rắn (kết tinh).

- Tách dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước).

4 Các bước chuẩn bị tiến hành thí nghiệm?

- Tìm hiểu hệ thống thiết bị, các van và tác dụng của nó.

- Tìm hiểu thiết bị đo nhiệt độ, các vị trí đo và cách điều chỉnh công tắc để đo nhiệt độ.

- Tìm hiểu các thiết bị đo nồng độ chất khô (Brix kế).

- Xác định các đại lượng cần đo.

- Chuẩn bị dung dịch đường đem đi cô đặc.

- Chuẩn bị bảng số liệu thí nghiệm.

5 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.

6 Nêu các bước tiến hành thí nghiệm?

7 Mô tả cấu tạo hệ thống thiết bị cô đặc dùng trong thí nghiệm?

- Thiết bị ngưng tụ ống xoắn.

- Bơm chân không loại vòng nước.

- Áp kế đo độ chân không.

- Xô nhựa chứa dung dịch đầu.

8 Nêu các dạng thiết bị cô đặc khác nhau?

- Dạng thiết bị cô đặc một nồi -

Dạng thiết bị cô đặc nhiều nồi -

Dạng thiết bị cô đặc liên tục

- Dạng thiết bị cô đặc gián đoạn.

- Dạng thiết bị cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất khác.

9 Các thông số cần đo trong bài?

- Nồng độ dung dịch đường (Bx).

- Lượng nước ngưng thu được V ngưng (ml).

10 Viết cân bằng nhiệt lượng cho quá trình cô đặc?

Phương trình cân bằng nhiệt lượng trong quá trình cô đặc:

G đ c đ t đ +D.i = G c c c t c +W.i’+D.c n t n +Q cd +Q mt Trong đó: t đ : nhiệt độ nguyên liệu [độ]. t c : nhiệt độ sản phẩm, [độ]. t n : nhiệt độ nước ngưng, [độ]. c đ : nhiệt dung riêng nguyên liệu, [J/kg.độ]. c c : nhiệt dung riêng sản phẩm, [J/kg.độ]. c n : nhiệt dung riêng nước ngưng, [J/kg.độ]. i: hàm nhiệt trong hơi đốt, [J/kg] i’: hàm nhiệt trong hơi thứ, [J/kg].

Q cđ : tổn thất nhiệt cô đặc, [J].

Q mt : tổn thất nhiệt ra môi trường, [J].

D: lượng hơi đốt tiêu tốn.

11 Viết cân bằng vật chất cho quá trình cô đặc?

Trong đó: G đ khối lượng nguyên liệu [kg].

G c khối lượng sản phẩm [kg]. x đ nồng độ % chất khô trong nguyên liệu [ phần khối lượng]. x c nồng độ % chất khô trong sản phẩm [phần khối lượng].

CHƯNG CẤT

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 - hơi cho hỗn hợp hai cấu tử.

- Điều kiện động lực học lưu chất lý tưởng trên mâm lý cho hai pha lỏng - hơi là:

- 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.

Phương trình cân bằng vật chất

F=D+W F.x F = D.x D + W.x W Trong đó: F: Suất lượng nhập liệu.

D: Suất lượng sản phẩm đỉnh.

W: Suất lượng sản phẩm đáy. x F : Nồng độ nhập liệu (của cấu tử dễ bay hơi) x D : Nồng độ sản phẩm đỉnh (của cấu tử dễ bay hơi). x W : Nồng độ sản phẩm đáy(của cấu tử dễ bay hơi).

Hiệu suất

Để chuyển từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất mâm Có ba loại hiệu suất mâm được dùng là: Hiệu suất tổng quát, liên quan đến toàn tháp; Hiệu suất 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 hiệu suất đơn giản khi sử dụng nhưng kén chính xác nhất, được định nghĩa là tỉ số giữa số mâm lý tưởng và số mâm thực cho toàn tháp.

E 0= số mâm lý tưởng số mâm thực

Hiệu suất mâm Murphree: là tỉ số giữa sự biến đổi nồng độ pha hơi qua một mâm với sự biến đổi nồng độ cực đại có thể đạt được khi pha hơi rời mâm cân bằng với pha lỏng rời mâm thứ n.

Trong đó: yn: nồng độ thực của pha hơi rời mâm thứ n yn+1: nồng độ thực của pha hơi vào mâm thứ n y*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: y’n: nồng độ pha hơi rời khỏi vị trí cụ thể trên mâm n y’n+1 : nồng độ pha hơi mâm n tại cùng vị trí. y’en : nồng độ pha hơi cânbằng với pha lỏng tại cùng vị trí.

Sơ đồ nguyên lý thiết bị

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý thiết bị chưng cất

A-Thùng chứa vật liệu B-Bơm nhập liệu

C-Lưu lượng kế nhập liệu D-Điện trở gia nhiệt nhập liệu

E-Cột chung cất F-Nồi đun

G-Thiết bị ngưng tụ H-Bơm hoàn lưu K-Bình chứa sản phẩm

Hình 3.2: Số liệu thực nghiệm quá trình chưng cất

- Nồng độ sản phẩm đáy: x W = 9%v/v

- Nồng độ sản phẩm đỉnh: x D = 42,6% v/v

Bảng 3.1: Bảng kết quả thực nghiệm quá trình chưng cất rượu (không hồi lưu)

Ta có thể tích nhập liệu là:

L = L o + D Vì đây là quá trình chưng cất không hồi lưu nên

L = D Phần mol x F , x D x F Trong đó: ρ r (kg/m3

) khối lượng riêng của cồn tra theo nồng độ và nhiệt độ ρ n (kg/m3

) khối lượng riêng của nước tra theo nhiệt độ

Suất lượng nhập liệu F, suất lượng sản phẩm đỉnh D

Bảng 3.2: Bảng tổng hợp cân bằng vật chất

Đồ thị

- Đồ thị biểu diễn nồng độ sản phẩm đỉnh theo thời gian có xu hướng không ổn định Đạt được nồng độ cao nhất là 64% tại phút thứ 10, sau đó nồng độ của sản phẩm bắt đầu hạ dần.

- Đồ thị biểu diễn thể tích sản phẩm đỉnh thu được theo thời gian có xu hướng không ổn định Từ khi bắt đầu lượng thể tích thu được hạ thấp, đột ngột thể tích tăng lên tại phút thứ 20 thu được 2,15 l sản phẩm sau đó thể tích thu được ngày càng hạ thấp theo thời gian

Kết quả thí nghiệm có sai số.

Nguyên nhân

- Các giá trị đo được lấy sai số.

- Sai số trong quá trình tính toán, xử lý số liệu.

- Sai số do thiết bị thí nghiệm.

Cách khắc phục

- Nắm rõ các thao tác kỹ thuật trước khi làm thí nghiệm.

Chưng cất là quá trình tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng hay lỏng-khí thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (ở cùng điều kiện).

2 Nêu một số loại thiết bị chưng cất

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 ).

3 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.

4 Tỉ số hoàn lưu là gì? Không có dòng hoàn lưu được không ?

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.

5 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.

6 Có mấy lọai hiệu suất mâm ?

Có 3 loại hiệu suất mâm : hiệu suất tổng quát, hiệu suất mâm Murphree, hiệu suất cục bộ.

7 Nêu định nghĩa các hiệu suất mâm và mối tương quan nếu có ?

- Hiệu suất mâm tổng quát E 0 : là hiệu suất đơn giản khi sử dụng nhưng kém chính xác nhất là tỉ số giữ số mâm lí tưởng và số mâm thực cho toàn tháp.

- Hiệu suất mâm Murphree: tỉ số giữa sự biến đổi nồng độ pha hơi qua một mâm vơi sự biến đổi nồng độ cực đại có thể đạt được khi pha hơi rời mân cân bằng với pha lỏng rời mâm thứ n.

- Hiệu suất mâm cục bộ:

Mối quan hệ giữa hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất mâm tổng quát: hiệu suất tổng quát của tháp không bằng với hiệu suất trung bình của từng mâm Mối quan hệ giữa hai hiệu suất này tùy thuộc trên độ dốc tương đối của đường cân bằng và đường làm việc Khi mG/L lớn hơn 1, hiệu suất tổng quát có giá trị lớn hơn và mG/L nhỏ hơn 1 thì hiệu suất tổng quát có giá trị nhỏ hơn.

8 Trình bày trình tự thí nghiệm?

9 Nêu các số liệu cần đo trong bài?

- Lưu lượng dòng F, D (ml/phút).

10 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.

11 Dòng hoàn lưu có tác dụng gì?

Nếu tỉ số hoàn (R) lưu tăng, nồng độ sản phẩm đỉnh tăng thì sản phẩm lấy ra ít. Nếu tỉ số hoàn lưu ( R) thấp, nồng độ sản phẩm đỉnh giảm thì sản phẩm lấy ra nhiều.Cho nên tỷ số hoàn lưu ( R) thích hợp đảm bảo đủ lớn để năng xuất lấy ra nhiều.

12 Viết phương trình cân bằng vật chất

Phương trình cân bằng vật chất: F = D+W

F.x F = D.x D +W.x W Khi thay đổi lưu lượng dòng hoàn lưu thì ảnh hưởng như thế nào đến sản phẩm? Khi thay đổi lưu lượng dòng hoàn lưu thì nồng độ sản phẩm sẽ giảm.

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

Các khái niệm

Truyền nhiệt là một quá trình phức tạp xảy ra đồng thời bởi 3 dạng trao đổi nhiệt cơ bản như: trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt, trao đổi nhiệt bằng đối lưu nhiệt và trao đổi nhiệt bằng bức xạ nhiệt. b Chiều quá trình

Trong tự nhiên quá trình truyền nhiệt chỉ xảy ra theo một chiều từ nơi có nhiệt độ cao tới nơi có nhiệt độ thấp. c 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. d Truyền nhiệt trực tiếp

Truyền nhiêt trực tiếp là quá trình truyền nhiệt mà chất tải nhiệt tiếp xúc trực tiếp với vật liệu. e Truyền nhiệt gián tiếp

Truyền nhiệt gián tiếp là quá trình truyền nhiệt mà chất tải nhiệt không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mà thong qua vật ngăn. f Truyền nhiệt ổn định

Truyền nhiệt ổn định là quá trình truyền nhiệt mà nhiệt độ chỉ thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian. g Truyền nhiệt không ổn định

Truyền nhiệt không ổn định là quá trình truyền nhiệt mà nhiệt độ thay đổi theo không gian và thời gian. h Trường nhiệt

Trường nhiệt đặc trưng cho độ nóng của vật là nhiệt độ (t, [ 0 C];T, [ 0 K]) Tập hợp tất cả những giá trị nhiệt độ của vật hoặc của môi trường gọi là trường nhiệt. i Nhiệt trường ổn định

Nhiệt trường ổn định là nhiệt trường mà nhiệt độ chỉ thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian t = f(x,y,z). j Nhiệt trường không ổn định

Nhiệt trường không ổn định là nhiệt trường mà nhiệt độ thay đổi theo không gian và thời gian. k Mặt đẳng nhiệt

Mặt đẳng nhiệt là tập hợp các điểm có nhiệt độ bằng nhau Quá trình dẫn nhiệt không xảy ra trên một mặt đẳng nhiệt, mà chỉ dẫn nhiệt từ mặt đẳng nhiệt này tới mặt đẳng nhiệt kia.

Các quá trình truyền nhiệt

Trong thực tế quá trình truyền nhiệt diễn ra theo 3 phương thức truyền nhiệt cơ bản như sau: a Dẫn nhiệt

Dẫn nhiệt là sự truyền nhiệt năng từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Do sự truyền động năng hoặc dao động va chạm vào nhau, nhưng không có sự chuyển rời vị trí giữa các phân tử vật chất Dẫn nhiệt chỉ xảy ra khi truyền nhiệt của các chất rắn hoặc truyền nhiệt của chất lỏng, chất khí đứng yên hay chuyển động dòng. Định luật Fourien: Xét trên một mặt phẳng có diện tích F có dòng nhiệt dẫn qua thep phương vuông góc với mặt phẳng, định luật Fourien phát biểu như sau:

Mật độ dòng nhiệt truyền qua bằng phương thức dẫn nhiệt theo phương qui định tỉ lệ thuận với diện tích vuông góc với phương truyền và gradien nhiệt độ theo phương ấy.

Trong đó: Q x : dòng nhiệt truyền qua diện tích F (j/s). q x : mật độ dòng nhiệt (W/m 2 ).

F: diện tích bề mặt truyền nhiệt vuông góc với phương x (m 2 ). λ: hệ số dẫn nhiệt (W/m.độ).

Thực nghiệm chứng tỏ λ là một thông số vật lý biểu diễn khả năng dẫn nhiệt của vật liệu.

- Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, vật liệu, cấu trúc vật liệu.

- Hệ số dẫn nhiệt của chất khí trong khoảng 0,006÷0,6 (W/m.độ).

- Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng trong khoảng 0,07÷0,7 (W/m.độ).

- Hệ số dẫn nhiệt của chất rắn phụ thuộc vào kết cấu, độ xốp và độ ẩm của vật liệu.

Từ định luật Fourien cơ bản người ta đưa ra các dạng phương trình truyền nhiệt cho các trường hợp cụ thể.

Dẫn nhiệt của dòng nhiệt ổn định qua tường phẳng Ở trong phần này, ta chỉ xét quá trình dẫn nhiệt ổn định – nhiệt độ của vật không biến đổi theo thời gian.

- Một lớp: Nhiệt lượng truyền qua trong khoảng thời gian T (giây)

Nếu ta muốn tìm nhiệt độ tại một vị trí cách mặt nhiệt độ một khoảng x: t=t i − q λ x

Trong đó: t 1 : nhiệt độ bề mặt tường trái ( o C). t 2 : nhiệt độ bề mặt tường phải ( o C).

F : diện tích bề mặt tường trái nơi tiếp xúc với dòng nhiệt nóng (m 2 ). δ : chiều dày của tường (m). λ : hệ số dẫn nhiệt, độ dẫn nhiệt (W/m o C).

- Nhiều lớp: Nhiệt lượng truyền qua trong khoảng thời gian T (giây)

Nếu xét trong khoảng thời gian 1s:

Trong đó: n: số lớp vật liệu. r i = δ i

Mật độ dòng nhiệt qua các lớp (2 lớp): q= λ 1

Vậy tổng quát cho tường n lớp: q=( t 1

Và nhiệt độ cho vách thứ k là: n δ t k =t

Trong đó: k: vách thứ k theo chiều truyền nhiệt. k-1: số lớp trước vách k theo chiều truyền nhiệt. n: số lớp.

Dẫn nhiệt ổn định qua ống:

Một lớp: Nghiên cứu quá trình dẫn nhiệt qua vách trụ (ống) nhiệt độ vách trong t 1 , nhiệt độ vách ngoài t 2 không thay đổi Vật liệu có hệ số dẫn nhiệt λ không đổi Ta có phương trình dẫn nhiệt như sau:

Trong đó: L: chiều dài của ống (m) d 1 , d 2 : đường kính trong và ngoài của ống (m) δ = d 2 −d

2 F: diện tích bề mặt trung bình (m 2 ):

40 nên ta dùng công thức:

Bảng 5.12: Bảng tính chuẩn số f ck cột khô

Bảng 5.13: Các trị số kết quả cột khô

Tính toán cho cột ướt

Bảng 5.14: Bảng tính giá trị G cột ướt tại L=4

Bảng 5.15: Bảng tính giá trị ∆ P C ư cột ướt tại L=4

85 a: bề mặt riêng a = 350 [m 2 /m 3 ] μ: độ nhớt không khí ở 400k μ = 2.29.10 -5

Bảng 5.16: Bảng tính giá trị Re cột ướt tại L=4

Tính f cư δ f cư = δ f ck mà δ=

Bảng 5.17: Bảng tính giá trị f cư cột ướt tại L=4

Các giá trị cột ướt khi L = 4

Bảng 5.18: Bảng tính các giá trị của cột ướt tại L=4

Tương tự ta có kết quả khác

Log G Đồ thị biểu diễn Log ( ∆ P CK ¿

Kết quả thí nghiệm có sai số

Nguyên nhân

- Thao tác các van còn lúng túng chưa chuẩn xác.

- Đọc kết quả đo chậm

- Dụng cụ thiết bị thí nghiệm còn nhiều hạn chế.

Cách khắc phục

- Thao tác thực hành phài nhịp nhàng nhanh và chính xác

- Nắm rõ các thao tác kỹ thuật trước khi làm thí nghiệm

1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ giảm áp của cột khô?

- Chiều cao phần chứa vật chêm.

- Đường kính tương đương của vật chêm -

Thể tích tự do của vật chêm.

- Diện tích bề mặt riêng của vật chêm -

Khối lượng riêng của pha khí.

- Suất lượng biểu kiến của pha khí qua một đơn vị tiết diện tháp.

2 Tháp chêm được ứng dụng trong lĩnh vực nào?

Tháp chêm được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm.

3 Có mấy loại vật chêm? Chúng được chế tạo từ vật liệu gì?

Vật chêm sử dụng gồm có nhiều loại khác nhau phổ biến nhất là một số loại vật chêm sau:

- Vòng Raschig: hình trụ rỗng bằng sứ hoặc kim loại nhựa có đường kính bằng chiều cao(kích thước từ 10- 100mm).

- Vật chêm hình yên ngựa: có kích thước từ 10- 75mm.

- Vật chêm vòng xoắn: đường kính dây từ 0.3- 1mm đường kính vòng xoắn từ 3- 8mm và chiều dài nhỏ hơn 25mm.

4 Kích thước vật chêm cần phải thỏa mãn điều kiện gì?

Vật chêm phải có diện tích bề mặt riêng lớn.ngoài ra độ rỗng cũng phải lớn.

5 Lựa chọn vật chêm cần phải thỏa mãn những điều kiện gì?

Phải có diện tích bề mặt riêng lớn.có độ rỗng lớn để giảm trở lực chop pha khí và phải bền.

6 Ưu điểm và nhược điểm của vật chêm bằng sứ?

- Ưu điểm: giá thành rẻ không bị oxy hóa không bị ăn mòn.

7 Trong thí nghiệm các số liệu đo được cũng như lưu lượng của các dòng có ổn định không?

Trong thí nghiệm các số liệu đo được cũng như lưu lượng của các dòng không ổn định.

8 Trong thí nghiệm có mấy điểm cần lưu ý? Điểm nào quan trọng nhất?

Trong thí nghiệm có điểm cần lưu ý sau: Trong quá trình đo độ giảm áp của cột ướt cần canh giữ mức lỏng ở đỏy cột luụn ổn định ở ắ chiều cao đỏy bằng cỏch chỉnh van7 Nếu cần tăng cường van 8 để nước trong cột thoát về bình chứa.

9 Tại sao phải duy trỡ mực lỏng ở ắ đỏy cột?

Vì nếu ta cho đầy thì khí không tiếp xúc được với nước (không đi vào cột hấp thu) Nếu cho ít nước thì khí ít tiếp xúc vói dung môi.và có nhiều bọt khí thí số liệu đo dược sẽ bị sai.

10 Có mấy loại quạt? kể tên ?quạt trong bài này là loại gì? Cao áp hay thường?

Có 2 loại quạt là quạt cao áp và quạt thường Quạt trong bài này là quạt cao áp

11 Tại sao phải nghiên cứu đồ thị của tháp chêm từ điểm gia trọng đến điểm lụt?

Vì để xác định giới hạn khả năng hoạt động của cột là từ điểm gia trong đến điểm ngập lụt.

12 Công thức tính hệ số trở lực do ma sát trong tháp chêm ở các chế độ chảy (Re) khác nhau?

Giá trị σ tùy thuộc vào loại kích thước cách thức sắp xếp vật chêm (xếp ngẫu nhiên hay theo thứ tự) và độ lớn của lưu lượng lỏng L Thí dụ với vật chêm là vòng sứ Raschig 12.7 mm chêm ngẫu nhiên độ xốp ε = 0.586; giá trị của L từ 0.39 đến 11.7 kg/m 2 s và cột hoạt động trong vùng dưới điểm gia trọng Ω=0.084

13 Công thức tổng quát tính tổn thất áp suất trong tháp chêm? Giải thích các thừa số trong công thức và mức độ ảnh hưởng của chúng đến độ giảm áp.

Tổn thất Trở lực tháp khô: p f ck d td

Trong đó: h – chiều cao lớp đệm m w o - vận tốc pha khí a – bề mặt riêng m 2 /m 3 ε độ xốp m 3 /m 3 ρ ck khối lượng riêng của không khí kg/m 3 f ck – hệ số ma sat của dòng chảy qua lớp hạt phụ thuộc vào Re k f Khi Re k < 40: f

14 Tháp chêm làm việc ở chế độ nào là tốt nhất? Thực tế có thể vận hành ở chế độ này hay không? Tại sao?

Tháp chêm làm việc ở chế độ chân không là tốt nhất.nhưng không thể vận hành cho thực tế Vì thực tế sẽ mau làm dòng lỏng đạt đến điểm lụt.

15 Thế nào là điểm gia trọng?

Cho pha khí tiếp xúc pha lỏng phải qua vật liệu điệm tăng độ tiếp xúc.Khi vận tốc khí lỏng sẽ phân tán trong khí tăng tốc độ khí lỏng bị tụ lại.Điểm gia trọng điểm đó áp suất pha khí đủ lớn để xuyên qua pha lỏng liên tục Ưu điểm: ít tốn dung môi.

LỌC KHUNG BẢN

Khái niệm quá trình lọc

Lọc là quá trình phân riêng các hỗn hợp nhờ 1 vật ngăn xốp vật ngăn xốp có khả năng cho 1 pha đi qua còn pha kia được giữ lại nên còn gọi là vách ngăn lọc.

Nguyên tắc lọc

Tạo ra trên huyền phù một áp suất P 1 pha lỏng xuyên qua các mao dẫn pha rắn bị giữ lại chênh lệch giữa hai vách ngăn gọi là động lực quá trình lọc.

- Có thể tạo động lực của quá trình lọc bằng các cách sau:

Tăng áp suất P 1 : dùng cột áp thuỷ tĩnh máy bơm hay máy nén.

Giảm áp suất P 2 : dùng bơm chân không.

- Cân bằng vật chất trong quá trình lọc:

Trong đó: V h G h : Thể tích và khối lượng hỗn hợp huyền phù đem đi lọc.

V 0 G 0 : Thể tích và khối lượng chất rấn khô.

V 1 G 1 : Thể tích và khối lượng nước lọc nguyên chất.

V 2 G 2 : Thể tích và khối lượng bã ẩm.

V.G: Thể tích và khối lượng nước lọc chưa nguyên chất.

(% kg ẩm / kg vật liệu ướt)

Áp suất lọc

a Khi lọc với áp suất không đổi.

2 S 2 Trong đó: : Độ nhớt (kg/ms)

S: Diện tích bề mặt lọc (m 2 ) : Thời gian lọc được ấn định trước r 0 : Trở lực riêng (1/m 2 ) trở lực lớp bã tạo thành

X 0 =V a /V 0 : Tỉ số giữa lượng bã ẩm (m 3 /lượng nước lọc (m 3 ))

R v : Trở lực vách ngăn (1/m) b Khi lọc với tốc độ không đổi W= const (Kém hiệu quả)

Vật ngăn lọc

Phải có tính chất phù hợp với huyền phù gồm các loại vải được đan bằng các loại sau: sợi bông len polypropylen clorinaxeton pvc sợi thủy tinh… chịu axít.

Chất trợ lọc

Diatomit trắng tạo từ 94% SiO 2 bề mặt riêng 20m2/g bền axít được sử dụng rộng rãi tạo độ xốp 93%.

Perolit: tạo từ các sản phẩm núi lửa các chất trợ lọc không được tan trong dung dịch lọc.

Sơ đồ thiết bị

Hình 6.1: Sơ đồ thiết bị lọc khung bản

Hình 6.2: Số liệu thực nghiệm quá trình lọc khung bản

Bảng 6.1: Tổng hợp số liệu thực nghiệm quá trình lọc khung bản cấp 1

Bảng 6.2: Tổng hợp số liệu thực nghiệm quá trình lọc khung bản cấp 2

Diện tích bề mặt lọc được tính bằng công thức sau:

S = SHình vuông (Bề mặt lọc) – 2 * S ống - 2 Shình vuông ở 2 góc = 33 2 – 2 Pi (2 2 /2) – 2 (2 2 /2)

Tính năng suất của quá trình lọc (Q): Q = V/ τ

Trong đó: V: thể tích nước lọc thu được (lít) S: diện tích bề mặt lọc (m 2 )

Bảng 6.3: Số liệu tính toán quá trình lọc khung bản cấp 1 p=0.5

Phương trình tuyến tính có R 2 = 1 y = -8.9811x + 127.28

Phương trình tuyến tính có R 2 = 1 y = -11.362x + 187 2/K = -11.362 và 2C/K = 187 => K = -0.176 và C = - 16.45

Phương trình tuyến tính có R 2 = 1 y = -10.161x + 221.74 2/K = -10.161 và 2C/K = 221.74 => K = 0.197 và C = - 21.82

Bảng 6.4: Số liệu tính toán quá trình lọc khung bản cấp 1

Phương trình tuyến tính có R 2 = 1 y = -19.75x + 40.26 2/K = -19.75 và 2C/K = 40.26 => K = -0.101 và C = -2.038

Bảng 6.5: Số liệu tính toán C và K

3 Đồ thị Đồ thị cấp 1

00 Đồ thị biểu diễn f(x) = NaN12 x + NaN

Giãn đồ / q theo q tuyến tính có thể suy ra K và C dựa vào dạng phương trình lý thuyết.

Tính toán

- Diện tích bề mặt lọc lớn có thể dễ dàng thay đổi các màng lọc theo từng loại dung dich lọc khác nhau.

- Bỏ qua sai số trong quá trình tiến hành thí nghiệm ta có thể thấy được khi tăng áp suất thì lượng nước trên một đơn vị diện tích lọc tăng và lưu lượng dung dịch lọc cũng tăng theo.

- Qua phương trình ta thấy được khi tốc độ lọc không thay đổi áp suất lọc biến thiên tuyến tính theo thời gian lọc.

Nguyên nhân sai số

- Các thao tác kỹ thuật trong quá trình thí nghiệm còn vụng về.

- Sai số trong quá trình tính toán xử lý số liệu.

Cách khắc phục

- Đọc kết quả và tính toán cẩn thận lấy sai số ở mức tối thiểu.

CÂU HỎI CHUẨN BỊ

1 Nêu mục đích bài thí nghiệm?

- 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 CaCO 3 trong nước với áp suất không đổi.

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

2 Lọc sử dụng dùng để làm gì? Cho ví dụ?

- Lọc sử dụng để phân riêng hay tách các hỗn hợp không đồng nhất (lỏng – rắn) hay nhũ tương thành hai hệ rắn lỏng khác nhau.

- Ví dụ: lọc nước rau má sau khi xay lọc dầu sau khi ép.…

3 Nêu các phương pháp tạo chênh lệch áp suất khi lọc?

Các phương pháp tạo chênh lệch áp suất khi lọc là: Làm dày hay làm mỏng vách lọc bằng lớp bã lọc.Thay đổi vận tốc chảy của lưu chất.Tạo áp lực bên lọc hay đặt máy hút bên sản phẩm

4 Lọc có máy chế độ được đặc trưng bằng đại lượng nào?

Lọc có 2 chế độ lọc: lọc chân không và lọc ép được đặt trưng bằng bề mặt lọc.Lọc chân không thì bề mặt lọc được đổi mới liên lục (cạo bã liên tục).Lọc ép thị phải tạo lớp bã đủ dày để tạo thành áo lọc

5 Phương trình vi phân lọc và nghiệm của nó?

Phương trình vi phân lọc là: q V Đặt S :lượng nước lọc riêng (m 3 /m 2 ).

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

Vậy nghiệm của nó là q

8 Nêu cấu tạo nguyên lý họat động ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của lọc khung bản?

- Cấu tạo: Máy lọc khung bản gồm có một dãy các khung và bản cùng kích thước xếp liền nhau giữa khung và bản có vải lọc.Huyền phù được đưa vào rảnh dưới tác dụng của áp suất rồi vào khoảng trống của khung Chất lỏng qua vải lọc sang các rãnh của bản rồi theo van ra ngoài Các hạt rắn được giữ lại tạo thành bã chứa trong khung.

- Nguyên lý hoạt động: cho huyền phù vào 1 bên vách ngăn rồi tạo ra trên bề mặt lớp huyền phù áp suất P1 Lỗ dẫn huyền phù nhập liệu của khung và bản được nối liền tạo thành ống dẫn nhô ra để ghép với hệ thống cấp liệu Nước lọc chảy ra từ bản qua hệ thống đường ống và lấy ra ngoài Bã được giữ lại trên bề mặt vách ngăn lọc và được chứa trong khung Khi bã trong khung đầy thì dừng quá trình lọc để tiến hành rửa và tháo bã.

- Ưu điểm: Bề mặt lọc lớn Dịch lọc trong và loại bỏ được nấm men.Tấm đỡ có thể thay thế dễ dàng Lọc được cặn bẩn Không cần người có chuyên môn cao.

- Nhược điểm: Cần nhiều thời gian vệ sinh Phải thay thế tấm đỡ theo chu kỳ.Giá thành tấm đỡ cao Dịch chảy nhiều phân bố không đồng đều.Phải tháo khung bản khi cần giảm áp suất.

9 Kể tên một vài loại thiết bị lọc ngoài lọc khung bản?

- Thiết bị lọc ép sử dụng cột lọc

- Thiết bị lọc chân không dạng thùng quay

- Thiết bị lọc ly tâm.

10 Nêu các phương pháp để tăng năng suất lọc?

Các phương pháp để tăng năng suất lọc là: tăng áp lực lọc tăng tốc độ lọc gia nhiệt trong quá trình lọc để giảm độ nhớt.

11 Nêu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lọc?

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lọc:

- Vận tốc lưu chất lọc.

- Lớp bã lọc tính chất của vách ngăn.

- Hệ thống lọc hay thiệt bị lọc.

- Trạng thái của chất lọc tính chất của huyền phù.

12 Trình bày phương trình lọc khi áp suất không đổi và ý nghĩa của các đại lượng?

Phương trình lọc khi áp suất không đổi: μ: độ nhớt (kg/ms)

S: diện tích bề mặt lọc (m 2 )

: thời gian lọc được ấn đính trước

0 X 0 2R v S.V 2S 2 r 0 : trở lực riêng (1/m 2 ) trở lực lớp bã tạo thành (1kg bã khô/1m 2 bề mặt)

X 0 = V a /V 0 : tỉ số giữa lượng bã ẩm (m 3 / lượng nước lọc (m 3 ))

13 Nêu phương trình lọc khi tốc độ không đổi và ý nghĩa của các đại lượng?

Phương trình lọc với tốc độ không đổi: W=const (kém hiệu quả)

S: diện tích bề mặt lọc (m 2 )

: thời gian lọc được ấn đính trước r 0 : trở lực riêng (1/m 2 ) trở lực lớp bã tạo thành (1kg bã khô/1m 2 bề mặt)

X 0 = V a /V 0 : tỉ số giữa lượng bã ẩm (m 3 / lượng nước lọc (m 3 ))

Tiêu đề	Sấy Đối Lưu
Tác giả	Xxxxxxxxxxx
Người hướng dẫn	PTS. Nguyễn Hữu Quyền
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Thực Phẩm
Thể loại	Báo cáo Thực Hành
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	122
Dung lượng	1,69 MB