KỸ THUẬT PHẢN ỨNG BÀI 1 THỜI GIAN LƯU

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Khảo sát thời gian lưu của hệ thống bình khuấy mắc nối tiếp theo mô hình dãy hộp Xác định hàm phân bố thời gian lưu thực với phổ thời gian.KỸ THUẬT PHẢN ỨNG Khảo sát thời gian lưu của hệ thống bình khuấy mắc nối tiếp theo mô hình dãy hộp. Xác định hàm phân bố thời gian lưu thực với phổ thời gian lưu lý thuyết. Tìm hiểu các cận của mô hình dãy hộp và thong số thống kê của mô hình thí nghiệm.

THỜI GIAN LƯU BÀI 1: I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: - Khảo sát thời gian lưu hệ thống bình khuấy mắc nối mơ hình dãy hộp - Xác định hàm phân bố thời gian lưu thực với phổ thời gian lưu lý thuyết - Tìm hiểu cận mơ hình dãy hộp thong số thống kê mơ hình thí nghiệm II LÝ THUYẾT: Thời gian lưu: Định nghĩa: Thời gian lưu phần tử hệ thời gian phần tử lưu lại bình phản ứng hay thiết bị phản ứng cần khảo sát Những phần tử lưu chất khác quãng đường khác thiết bị khoảng thời gian khác Dựa hàm phân bố thời gian lưu xác định, ta đánh giá tương quan dòng chuyển động thiết bị, nhược điểm thiết kế vùng chảy tù, chảy tắt, phân lớp…từ mà ta khắc phục nhược điểm thiết bị Dựa phổ thời gian lưu mà ta vận hành tối ưu qua thiết lập thong số, phương pháp điều khiển tối ưu hóa thiết bị t t t Thời gian thu gọn     tỷ số thời gian lưu phần tử t  V thời gian lưu trung bình tồn hệ Với: V thể tích hệ bình phản ứng V lưu lượng dòng lưu chất vào thiết bị phản ứng Các phương pháp đánh dấu: Để đo thời gian lưu, mà thời gian phần tử xác định lưu lại hệ dòng chảy, người ta phải phân biệt với phần tử khác cách đánh dấu Các phần tử đánh dấu phải có đặc điểm khơng ảnh hưởng khác biệt với phẫn tử tạo nên tương quan hệ Các loại chất thị đánh dấu mơi trường lỏng là: Dung dịch màu, chất phóng xạ, chất đồng vị phóng xạ ổn định, hạt rắn phát sáng… Các loại chất thị thích hợp ta để vào hệ theo kiểu: - Tín hiệu ngẫu nhiên - Tín hiệu xác định: tín hiệu tuần hồn tín hiệu khơng tuần hồn - Để khảo cứu thiết bị, người ta dung loại tín hiệu xác định khơng tuần hồn, loại tín hiệu tạo nhờ:  Đánh dấu va chạm (tín hiệu xung)  Đánh dáu cách cho nhập liệu vào lien tục lượng xác định (tín hiệu bậc)  Đánh dấu cách cho nhập liệu chiếm chỗ tồn hệ - Trong thí nghiệm ta chọn loại đánh dấu va chạm (xung) - Loại đánh dấu thường thích hợp với chất thị chất màu - Ta biểu diễn hàm phân bố mật độ xác suất thời gian lưu: CIra CIra (t ) f (t )  vao  * CI CI  (t ) Bình phản ứng lý tưởng: a Bình khuấy lý tưởng: có tính chất q trình khuấy trộn hồn tồn hỗn hợp đồng tất phần thiết bị giống với dịng Điều có ý nghĩa phân tố thể tích phương trình liên quan lấy thể tích V tồn thiết bị phản ứng b Bình ống lý tưởng: Có tính chất dịng chảy thay đổi theo phương dọc trục (từ đầu vào đến đầu ra) trình phản ứng Các điểm tiết diện vng góc với phương dọc trục có tính chất c Mơ hình dãy hộp: Khi nối bình khuấy trộn lý tưởng lai với ta có mơ hình dãy hộp Tổng qt với mơ hình dãy hộp n bình mắc nối tiếp, ta có hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết (hàm đáp ứng) sau: nn Cni  in  e  ni (n  1)! Vẽ hàm đáp ứng Cn theo giá trị n khác nhau, ta có đồ thị Ta thấy rằng: n = phổ hàm đáp ứng phổ bình khuấy lý tưởng n   phổ hàm đáp ứng phổ bình ống lý tưởng Xác định nồng độ cách đo mật độ quang Tỷ số C/C0 hồn tồn thay tỷ số D/D nên ta cần đo mật độ quang thay cho việc đo nồng độ Cơ sở định luật Lambert – Beer: D  b.c k C 2  lg(T %) Với :  : hệ số hấp thu mol (l/mol.cm) b: chiều dài cuvet chứa mẫu (cm) C: nồng độ mẫu (mol/l) k: hệ số tỷ lệ T: độ truyền suốt (%) III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM, TÍNH TỐN VÀ ĐỒ THỊ: HỆ MỘT BÌNH GIÁN ĐOẠN T0 (%) 42.2 Đường kính (d) 120 mm t (S) T (%) t1 44 Chiều cao (h) 105 mm t2 42.8 t3 42.3 Chọn T0 = 42.2 HỆ MỘT BÌNH LIÊN TỤC Lưu lượng (Q) 0.3 l/ph t4 42.3 t5 42.2 T0 (%) 45.3 STT 10 11 12 13 14 15 16 t (s) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 Đường kính (d) 120 mm Chiều cao (h) 105 mm T (%) 66 64.3 67.1 76.8 79.5 81.6 86 88 89.3 90 90.8 91.2 92.1 92.7 93.9 94.5 STT 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Lưu lượng (Q) 0.3 l/ph t (s) 480 510 540 570 600 630 660 690 720 750 780 810 840 870 900 930 T (%) 94.9 95.3 95.6 96 96.4 97.1 97.3 98 98.2 98.7 98.8 98.9 99.7 99.8 99.9 100 HỆ HAI BÌNH: T0 (%) 45.3 STT 10 11 t (s) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 Đường kính (d) 120 mm Chiều cao (h) 115 mm T (%) 95.7 91.8 86.2 79.9 74.3 71 68.2 66.1 64.5 63.5 63 STT 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Lưu lượng (Q) 0.3 l/ph t (s) 870 900 930 960 990 1020 1050 1080 1110 1140 1170 T (%) 75.4 76.3 77.5 78.4 79.4 81.4 82.8 83.8 85.1 85.5 86.5 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 IV 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 750 780 810 840 62.9 61.1 62 62.4 63 63.4 65 65.6 66 67 67.9 68.3 69.3 70 71.2 72.5 73.6 74.5 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 1200 1230 1260 1290 1320 1350 1380 1410 1440 1470 1500 1530 1560 1590 1620 1650 1680 1710 87.4 88.7 89.6 90.2 91 91.7 92.3 92.6 93 94.7 95.9 96.2 97 98.1 99.3 99.6 99.9 100 XỬ LÝ KẾT QUẢ: CÔNG THỨC TÍNH TỐN a Tính thời gian lưu trung bình: Thực nghiệm: k k  Ci ti t  i k1 Đối với hệ bình: C i i 1 k Di ti Di ti  D0 i 1 i 1  k  k Di C0  Di   D0 i 1 i 1  C0  1191.9698  293.5774 4.0606 k k  Ci ti t  i k1 Đối với hệ hai bình: C i i 1 k Di ti Di ti  D0 i 1 i 1  k  k Di C0  Di   D0 i 1 i 1  C0  1225.65  292.2496 4.1938 Lý thuyết: V: Tổng thể tích hệ thống khảo sát (l) v: Lưu lượng dịng chảy (l/s) Đối với hệ bình: V  d h 1000  0.122 0.105 1000   1b   237.5044 0.3   4 60 Đối với hệ hai bình: V  d h 1000  0.12 0.105 1000   2b   475.0088 0.3   4 60 b Tính thời gian lưu rút gọn: ti với i = 1…K t Thực nghiệm: i  Lý thuyết: t i  i với i = 1…K  c Hàm đáp ứng: Ci D  i với i = 1…K C0 D0 n Thực nghiệm: Cni  Lý thuyết: C Di nn Cni  in  e  ni  i  (n  1)! C0( LT ) D0 n ( LT ) với i = 1…K Đối với hệ bình: C1.i 1i0 e  i e  i 22 i2 e 2i 4 i e 2i Đối với hệ hai bình: C2.i  (2  1)! Mật độ quang: D 2  lg(T %) D0n  Mật độ quang ban đầu hệ: D0 n Với: n số bình khuấy mắc nối tiếp D0 mật độ quang ban đầu đo hệ bình khuấy BẢNG SỐ LIỆU HỆ MỘT BÌNH: D0 0.3439 STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 t (s) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 750 780 810 840 Đường kính (d) 120 mm T (%) 50.2 52.1 53.2 57.2 58.6 58.9 59.9 62.9 63.1 64.0 65.2 65.4 67.2 69.2 72.3 75.1 76.3 78.2 80.3 83.7 86.9 88.7 88.9 90.1 92.3 94.6 94.5 94.7 Chiều cao (h) 105 mm D 0.2993 0.2832 0.2741 0.2426 0.2321 0.2299 0.2226 0.2013 0.2000 0.1938 0.1858 0.1844 0.1726 0.1599 0.1409 0.1244 0.1175 0.1068 0.0953 0.0773 0.0610 0.0521 0.0511 0.0453 0.0348 0.0241 0.0246 0.0237 D/D0 (TN) 0.87030 0.82338 0.79700 0.70545 0.67491 0.66846 0.64720 0.58549 0.58148 0.56359 0.54013 0.53626 0.50198 0.46494 0.40960 0.36162 0.34160 0.31053 0.27707 0.22470 0.17732 0.15143 0.14858 0.13165 0.10119 0.07010 0.07144 0.06877 Lưu lượng (Q) 0.3 l/ph TN 0.1022 0.2044 0.3066 0.4088 0.5109 0.6131 0.7153 0.8175 0.9197 1.0219 1.1241 1.2263 1.3284 1.4306 1.5328 1.6350 1.7372 1.8394 1.9416 2.0438 2.1459 2.2481 2.3503 2.4525 2.5547 2.6569 2.7591 2.8613 D/D0 (LT) 0.88134 0.77676 0.68459 0.60335 0.53176 0.46866 0.41305 0.36403 0.32084 0.28277 0.24921 0.21964 0.19358 0.17061 0.15036 0.13252 0.11680 0.10294 0.09072 0.07996 0.07047 0.06211 0.05474 0.04824 0.04252 0.03747 0.03303 0.02911  LT 0.1263 0.2526 0.3789 0.5053 0.6316 0.7579 0.8842 1.0105 1.1368 1.2631 1.3894 1.5158 1.6421 1.7684 1.8947 2.0210 2.1473 2.2736 2.4000 2.5263 2.6526 2.7789 2.9052 3.0315 3.1578 3.2841 3.4105 3.5368 ĐỒ THỊ: ĐỒ THỊ KHẢO SÁT ĐƯỜNG VÀ HỆ BÌNH 1.0 0.9 0.8 0.7 Thực nghiệm 0.6 0.5 0.4 TN Lý thuyết 0.3 LT 0.2 0.1 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 HỆ HAI BÌNH: D0 0.172 STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 ĐỒ THỊ 23 24 25 2.526 27 2.028 29 Đường kính (d) 120 mm Chiều cao (h) 105 mm t (s) T (%) D D/D0 (TN) 30 79.2 0.1013 0.58898 60 57.0 0.2441 1.41974 90 50.2 0.2993 1.74059 120 42.6 0.3706 2.15521 150 40.6 0.3915 2.27666 180 41.1 0.3862 2.24575 210 41.7 0.3799 2.20914 240 44.8 0.3487 2.02803 270 46.0 0.3372 1.96127 300 49.8 0.3028 1.76080 330 51.9 0.2848 1.65648 360 53.4 0.2725 1.58451 390 55.9 0.2526 1.46896 420 59.8 0.2233 1.29862 450 64.8 0.1884 1.09581 480 67.3 0.1720 1.00020 510 70.8 0.1500 0.87215 540 72.9 0.1373 0.79832 570 75.1 0.1244 0.72323 600 77.5 0.1107 0.64378 630 80.3 0.0953 0.55414 660 82.2 KHẢO SÁT ĐƯỜNG0.0851 VÀ HỆ 0.49507 BÌNH 690 84.2 0.0747 0.43436 720 86.8 0.0615 0.35755 750 88.4 0.0535 0.31141 780 90.0 0.0458 0.26611 810 91.1 0.0405 0.23543 840 92.4 0.0343 0.19964 870 93.4 0.0297 0.17245 Lưu lượng (Q) 0.3 l/ph TN D/D0 (LT) 0.0977 0.22262 0.1954 0.39241 0.2932 0.51878 0.3909 0.60964 0.4886 0.67164 0.5863 0.71035 0.6840 0.73041 0.7817 0.73572 0.8795 0.72949 0.9772 0.71438 1.0749 0.69258 1.1726 0.66590 1.2703 0.63581 1.3680 0.60348 1.4658 0.56987 1.5635 0.53574 1.6612 0.50169 1.7589 0.46818 1.8566 0.43556 1.9543 0.40409 2.0521 0.37395 2.1498 0.34528 2.2475 0.31815 2.3452 0.29259 2.4429 0.26862 2.5407 0.24622 2.6384 0.22536 2.7361 0.20598 2.8338 0.18802  LT 0.0631 0.1263 0.1894 0.2526 0.3157 0.3789 0.4420 0.5052 0.5683 0.6315 0.6946 0.7578 0.8209 0.8840 0.9472 1.0103 1.0735 1.1366 1.1998 1.2629 1.3261 1.3892 1.4524 1.5155 1.5787 1.6418 1.7049 1.7681 1.8312 Thực nghiệm 1.5 ĐỒ THỊ 1.0 TN Lý thuyết 0.5 LT 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 10 V BÀN LUẬN: Nhận xét cách lấy mẫu: Khi bắt đầu cho mực đỏ vào bình khuấy ta bắt đầu bấm thời gian, tính thời điểm bắt đầu bấm t = 0s, sau cách khoảng thời gian xác định (30s) ta lấy mẫu xác định Di Việc lấy mẫu kết thúc nước bình khuấy hết màu đỏ hay độ truyền suốt T mẫu gần 100% Lưu ý cho mực đỏ vào bình lấy bình cuối cùng, lưu lượng hệ phải giống nhau, thể tích bình hệ phải Ban đầu ta dùng mẫu nước trắng (không màu) để chuẩn lại độ truyền suốt máy cài đặt độ truyền suốt ban đầu mẫu trắng T = 100% Cuvet chứa mẫu phải khô ráo, bên mẫu lấy khơng có bọt khí, sau lần lấy mẫu ta phải tráng lại cuvet nước So sánh TN  LT hệ hệ với nhau: Thời gian lưu thực nghiệm lý thuyết hệ bình bình có chênh lệch, xét tồn diện thời gian lưu lý thuyết thực nghiệm gần tương đương Nguyên nhân dẫn đến sai số: - Lưu lượng nước chảy qua bình khơng đồng đều, thể tích nước ta lấy vào bình hệ khơng đồng đều, khơng xác - Cách lấy mẫu khơng xác, thời gian lấy mẫu khơng đồng - Q trình khuấy trộn khơng hồn tồn - Mức độ phân tán màu bình khơng - Chế độ dịng chảy khơng ổn định xuất vũng tù dịng chảy tắt - Bình khuấy khơng phải bình khuấy lý tưởng - Sai số q trình tính toán 11 ... 0.9472 1. 010 3 1. 0735 1. 1366 1. 1998 1. 2629 1. 32 61 1.3892 1. 4524 1. 515 5 1. 5787 1. 6 418 1. 7049 1. 76 81 1.8 312 Thực nghiệm 1. 5 ĐỒ THỊ 1. 0 TN Lý thuyết 0.5 LT 0.0 0.0 0.5 1. 0 1. 5 2.0 2.5 3.0 10 V BÀN... TN 0 .10 22 0.2044 0.3066 0.4088 0. 510 9 0. 613 1 0. 715 3 0. 817 5 0. 919 7 1. 0 219 1. 12 41 1.2263 1. 3284 1. 4306 1. 5328 1. 6350 1. 7372 1. 8394 1. 9 416 2.0438 2 .14 59 2.24 81 2.3503 2.4525 2.5547 2.6569 2.75 91 2.8 613 ... 0.02 911  LT 0 .12 63 0.2526 0.3789 0.5053 0.6 316 0.7579 0.8842 1. 010 5 1. 1368 1. 26 31 1.3894 1. 515 8 1. 64 21 1.7684 1. 8947 2.0 210 2 .14 73 2.2736 2.4000 2.5263 2.6526 2.7789 2.9052 3.0 315 3 .15 78 3.2841