(TIỂU LUẬN) báo cáo THỰC HÀNH môn THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH THIẾT bị hóa học bài TH QUÁ TRÌNH cô đặc

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC  BÁO CÁO THỰC HÀNH MƠN THỰC HÀNH Q TRÌNH & THIẾT BỊ HĨA HỌC BÀI TH: Q TRÌNH CƠ ĐẶC GVHD: Trương Văn Minh Sinh viên: Phan Thị Nguyễn Nhi Lớp: DHHC14A MSSV:18077131 – Tổ Ngày thực hành: 04/04/2022 Tp.Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 04 năm 2022 MỤC LỤC MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nhiệt độ sôi dung dịch 2.2 Cô đặc nồi làm việc gián đ 2.3 Cân vật chất cân 2.3.1 Nồng độ 2.3.2 Cân 2.3.3 Cân KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XỬ LÝ SỐ LIỆU BÀN LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Q TRÌNH CƠ ĐẶC MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Vận hành hệ thống thiết bị cô đặc gián đoạn, đo đạc thông số q trình Tính tốn cân vật chất, cân lượng cho q trình đặc gián đoạn So sánh lượng cung cấp cho trính theo lý thuyết thực tế Xác định xuất hiệu xuất q trình đặc CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nhiệt độ sôi dung dịch Nhiệt độ sôi dung dịch thông số kỹ thuật quan trọng tính tốn thiết kế thiết bị cô đặc Nhiệt độ sôi dung dịch phụ thuộc vào tính chất dung mơi chất tan Nhiệt độ sôi dung dịch lớớ́n nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất áp suất Nhiệt độ sơi dung dịch cịn phụ thuộc vào độ sâu dung dịch thiết bị Trên mặt thống, nhiệt độ sơi thấp, xuống sâu nhiệt độ sơi tăng Hình 2.1 Quan hệ áp suất bão hịa dung mơi ngun chất Ps dung môi dung dịch P vớớ́i nhiệt độ t 2.2 Cô đặc nồi làm việc gián đoạn Trong thực tế cô đặc nồi thường ứng dụng suất nhỏ nhiệt khơng có giá trị kinh tế Cơ đặc nồi thực theo hai phương pháp sau Dung dịch cho vào lần cho bốc hơi, mức dung dịch thiết bị giảm dần nồng độ đạt yêu cầu Dung dịch cho vào mức ổn định, cho bốc đồng thời bổ sung dung dịch mớớ́i liên tục vào để giữ múc chất lỏng không đổi nồng độ đạt yêu cầu, sau tháo dung dịch làm sản phẩm thực mẻ mớớ́i 2.3 Cân vật chất cân lượng 2.3.1 Nồng độ Nồng độ sử dụng trình xác định khối lượng chất tan so vớớ́i khối lượng dung dịch, biểu diễn dướớ́i dạng: m x= chat tan (kg /kg ) m dungdich Ngoài nồng độ xác định khối lượng chất tan thể tích dung dịch, biểu diễn dướớ́i dạng: m C= chat tan ( kg/m3 ) V dungdich Mối liên hệ hai nồng độ sau: C x= ρ dd Vớớ́i ρdd khối lượng riêng dung dịch (kg/m3) 2.3.2 Cân vật chất - Phương trình cân vật chất tổng quát: Lượng chất vào + lượng chất phản ứng = Lượng chất + lượng chất tích tụ - Đối vớớ́i q trình đặc: Khơng có lượng tích tụ Khơng có phản ứng hóa học nên khơng có lượng phản ứng - Do phương trình cân vật chất viết lại: Lượng chất vào = Lượng chất Đối với chất tan Khối lượng chất tan vào = Khối lượng chất tan Gđ xđ =Gc xc Đối với hỗn hợp Khối lượng dung dịch ban đầu = Khối lượng dung dịch lại + khối lượng thứ Gđ =Gc +Gw Trong đó: Gđ - Khối lượng dung dịch ban đầu nồi đun (kg) x đ - Nồng độ ban đầu chất tan nồi đun (kg/kg) Gc - Khối lượng dung dịch lại nồi đun (kg) x c - Nồng độ cuối chất tan nồi đun (kg/kg) Gw - Khối lượng dung môi bay (kg) 2.3.3 Cân lượng - Phương trình cân lượng tổng quát: Năng lượng mang vào = Năng lượng mang + Năng lượng thất (Để đơn giản tính tốn, coi khơng có lượng thất thốt) Đối với giai đoạn đun sơi dung dịch - Năng lượng nồi đun cung cấp cho trình Q =P τ k1 1 - Năng lượng dung dịch nhận Q1=Gđ C p (T sdd−T đ ) Cp=Cnước (1−xđ ) Phương trình cân lương trường hợp (bỏ qua tổn thất lượng nhiệt thất thơng qua dịng nướớ́c giải nhiệt): Q =Q k1 Đối với giai đoạn bốc dung môi - Năng lượng nồi đun cung cấp cho trình: Q =P τ k2 2 - Năng lượng nướớ́c nhận để bốc hơi: Q 2=GW (i¿¿ w−C pnước T sdd )¿ Năng lượng nồi đun cung cấp cho trình vào, lượng nướớ́c nhận để bốc Q2 Q k2 đặc trưng cho lượng mang - Cân lượng thiết bị ngưng tụ Qng=GW rw =V Trong đó: Q k1 nước ρnước Cnước (T r −T v) τ2 Nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho q trình đun nóng (J) Q k2 Nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho q trình hóa dung môi (J) Q ng Nhiệt lượng nướớ́c giải nhiệt nhận thiết bị ngưng tụ (J) P1 P Công suất điện trở nồi đun sử dụng cho q trình đun Cơng suất điện trở nồi đun sử dụng cho q trình hóa τ τ Q Thời gian thực q trình đun sơi dung dịch (s Thời gian thực q trình hóa (s) Nhiệt lượng dung dịch nhận (J) Q2 Nhiệt lượng nướớ́c nhận để hóa (J) iw Hàm nhiệt nướớ́c q trình áp suất thường (J/kg) r Ẩn nhiệt nướớ́c áp suất thường (J/kg) w (T sdd−T đ )Chênh lệch nhiệt độ sôi nhiệt độ đầu dung dịch (℃ ) ( T r−T v) Chênh lệch nhiệt độ nướớ́c vào (℃) V H 2O Lưu lượng nướớ́c vào thiết bị ngưng tụ ρ C C H 2O khối lượng riêng nướớ́c (kg /m3) H2 O Nhiệt dung riêng nướớ́c (J/kg K ) p Nhiệt dung riêng dung dịch (J/kg K ) 3.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Nhập liệu V 0=5(l)=5.10−3 (m3 ) Bảng 3.1 Kết thí nghiệm q trình đặc Giai đoạn Ban đầu Ổn định Kết thúc XỬ LÝ SỐ LIỆU Khối lượng 100mL dung dịch trướớ́c cô đặc: m0=99,3( g) Khối lượng riêng dung dịch trướớ́c cô đặc: m 99,3.10−3 ρ = bđ =993 (kg /m3 ) = V − 0,1.10 Nồng độ dung dịch trướớ́c cô đặc: A=2,470→C=33,53 ¿ Khối lượng 100mL dung dịch sau cô đặc: m1=101,3(g) Khối lượng riêng dung dịch sau cô đặc: m 101,3.10 −3 ρkt = = =1013 ( −3 kg/ m3 ) V 0,1.10 Nồng độ dung dịch sau cô đặc: A=3,337 →C=47,03¿ Cân vật chất lượng Khối lượng dung dịch ban đầu nồi đun: Gđ =V d=5 10−3 993=4,965 (kg) Nồng độ ban đầu chất tan nồi đun: C 33,53 x = đ= =0,03377 (kg /kg) ρbđ 993 Nồng độ cuối chất tan nồi đun: C 47,03 x c= =0,04643 (kg/kg ) = ρ kt1013 Cân vật chất Đối với chất tan Khối lượng dung dịch lại nồi đun: Gđ xđ =Gc xc Gc= Gđ xđ = 4,965.0,03377 =3,6112 (kg) xc0,04643 Đối với hỗn hợp Khối lượng thứ bốc hơi: Gđ =Gc +Gw Gw=Gđ −Gc=4,965−3,611=1,354 (kg) Cân lượng Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch - Năng lượng nồi đun cung cấp cho q trình đặc: Q k1=P1 τ1=2000.22 60=2640 (kJ ) - Năng lượng dung dịch nhận được: Nhiệt dung riêng nướớ́c nhiệt độ 30 ℃: C p =4,180 (k J /kg K ) nước Nhiệt dung riêng dung dịch: C ⇒ pdd=C pnước Năng lượng dung dịch nhận được: Q 1=Gđ C p (T ⇒ (1−xđ )=4,180 (1−0,03377)=4,03884 ( kJ /kg K ) sdd−T đ )=4,965.4,03884 (93,5−29,6 )=1281,376 (kJ ) Năng lượng thất thoát môi trường: Q tt=Qk1−Q1=2640−1281,376=1358,623 (kJ ) Đối với giai đoạn bốc dung dịch - Năng lượng nồi đun cung cấp cho q trình đặc: Q k2=P2 τ2=1500.65 60=5850(kJ ) - Năng lượng nướớ́c nhận để bốc hơi: Nhiệt dung riêng nướớ́c nhiệt độ 93,5 ℃: C p =4,22786 (kJ / kg K ) nước Hàm nhiệt nướớ́c thoát nhiệt độ 93,5 ℃, tra bảng I.250, trang 312, Sổ tay trình thiết bị tập 1: iw=2668,66 (kJ / kg K ) ⇒ Năng lượng nướớ́c nhận để bốc hơi: Q2=GW (i¿¿ w−C ⇒ pnước T sdd )=1,354.(2668,66−4 ,22786 93,5)=3078,123(kJ ) ¿ Năng lượng thất thoát môi trường: Q tt=Qk2−Q2=5850−3078,123=2771,877 (kJ ) Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ Qng=GW rw =V nước ρnước Cnước (T r −T v) τ2 Qng=1,8 10−3 1013 4,22786.(35−30)=38,545( kJ ) - Tổng lượng nhiệt nồi đun cung cấp cho q trình đặc: Q cc=Qk1+Qk2=2640+5850=8490(kJ ) - Tổng lượng nhiệt dung dịch nhận q trình đặc: Qhi=Q1 +Qng=1281,376+ 38,545=1319,921(kJ ) - Hiệu số nhiệt độ hữu ích, xem trình chuyển động ngược chiều: ∆ tmax=93,5−30=63,5 (℃) ∆ tmin=35−30=5 (℃) ∆ tlog= ln ∆ t −∆ t max (∆∆tt max = 63,5−5 =23,02 (℃) ) ln (63,55 ) ⇒ Hệ số truyền nhiệt thiết bị: Q =Q =K F ∆ t tđ ng log K= F ∆ tlog = BÀN LUẬN - Sau thực nghiệm, ta thấy có chênh lệch nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho trình nhiệt lượng mà dung dịch nhận vào điều lý giải dựa phương trình cân lượng: Q =Q +Q cc hi tt - Theo lý thuyết, bỏ qua thất nhiệt môi trường thực tế thất diễn điều lý giải lượng nhiệt nồi đun cung cấp lại khác so vớớ́i lượng nhiệt mà dung dịch nhận vào Một lý khác gây sai lệnh sai số hệ thống thiết bị, thiết bị thực hành chủ yếu để quan sát, khơng có phận cách nhiệt nên lượng nhiệt thất ngồi lớớ́n khó tính tốn xác cân lượng - Ta thấy có khác khoảng thời gian mà dung tích nướớ́c ngưng nhận lít lít chênh lệnh Điều lý giải dựa sở sức căng bề mặt dung dịch Trong thời gian đầu tiến hành gia nhiệt cho dung dịch, nhiệt độ tăng làm sức căng bề mặt dung dịch giảm xuống nên tốc độ hóa dung dịch tăng, sau nồng độ dung dịch tăng lượng thứ bốc nhiệt độ sôi dung dịch không đổi làm dẫn đến sức căng bề mặt dung dịch lúc lại tăng lên, làm giảm hóa dung dịch dẫn đến thời gian thu nướớ́c ngưng lúc sau dài lúc đầu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tài liệu hướớ́ng dẫn thực hành q trình & thiết bị cơng nghệ hóa học, Khoa cơng nghệ hóa học Trường đại học công nghiệp TP.HCM, 2017 [2] Tập thể tác giả, Sổ tay q trình & thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập & 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2012 ... TÀI LIỆU THAM KHẢO Q TRÌNH CƠ ĐẶC MỤC ĐÍCH TH? ? NGHIỆM Vận hành hệ th? ??ng thiết bị cô đặc gián đoạn, đo đạc th? ?ng số q trình Tính toán cân vật chất, cân lượng cho q trình đặc gián đoạn... trính theo lý thuyết th? ??c tế Xác định xuất hiệu xuất trình đặc CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nhiệt độ sôi dung dịch Nhiệt độ sôi dung dịch th? ?ng số kỹ thuật quan trọng tính tốn thiết kế thiết bị đặc Nhiệt... giảm hóa dung dịch dẫn đến th? ??i gian thu nướớ́c ngưng lúc sau dài lúc đầu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tài liệu hướớ́ng dẫn th? ??c hành trình & thiết bị cơng nghệ hóa học, Khoa cơng nghệ hóa học Trường