TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ MÔN KỸ THUẬT HÓA HỌC PGS TS ĐẶNG THỊ THANH LÊ (Chủ biên) ThS LƯU TRƯỜNG GIANG SÁCH HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI Biên mục trên xuấ[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ MƠN KỸ THUẬT HĨA HỌC PGS TS ĐẶNG THỊ THANH LÊ (Chủ biên) ThS LƯU TRƯỜNG GIANG SÁCH HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI Biên mục xuất phẩm Thư viện Quốc gia Việt Nam Đặng Thị Thanh Lê Sách hướng dẫn Thí nghiệm q trình thiết bị / Đặng Thị Thanh Lê (ch.b.), Lưu Trường Giang - H : Bách khoa Hà Nội, 2019 64tr : hình vẽ, bảng ; 24cm ĐTTS ghi: Trường Đại học Thuỷ lợi Bộ môn Kỹ thuật Hoá học Thư mục: tr 63 Kĩ thuật hố học Q trình Thiết bị Thí nghiệm Sách hướng dẫn 660.280078 - dc23 BKM0124p-CIP LỜI NÓI ĐÀU “Sách hưởng dẫn Thỉ nghiệm Quá trình Thiết bị’" dùng làm tài liệu giảng dạy thức cho mơn học Thí nghiệm Q trình Thiết bị, ngành Kỹ thuật Hóa học - Trường Đại học Thủy lợi Thí nghiệm Q trình Thiết bị môn học cốt lõi ngành Kỹ thuật Hóa học Vì vậy, ngồi mục đích minh họa, củng cố kiến thức lý thuyết mà sinh viên học mơn học Q trình Thiết bị Thủy lực - Cơ học, Quá trình Thiết bị truyền nhiệt, Quá trình Thiết bị chuyển khối, mơn học cịn nhằm mục đích hướng dẫn, rèn luyện cho sinh viên bước đầu làm quen với thiết bị Cơng nghệ Hóa học Sách hướng dẫn Thí nghiệm Q trình Thiết bị có thời lượng 15 tiết (1 tín chỉ) gồm thí nghiệm: Bài 1: Bơm ly tâm Bài 2: Máy lọc khung Bài 3: Hệ thống trao đổi nhiệt ống lồng ống Bài 4: Hệ thống chưng luyện Bài 5: Hệ thống sấy tuần hồn Các thí nghiệm tham khảo từ giáo trình thí nghiệm ngồi nước làm thí nghiệm kiếm tra cấn thận Cuốn “Sách hướng dẫn Thỉ nghiệm Quá trình Thiết bị’" gồm phần: phần đề cập đến nội dung thí nghiệm, phần II đề cập đến hướng dẫn chuẩn bị viết báo cáo thí nghiệm, nhằm giúp sinh viên chuân bị tốt nắm vững thí nghiệm Trong q trình biên soạn “Sách hướng dẫn Thỉ nghiệm Quá trình Thiết bĩ\ chúng tơi nhận góp ý nhiều cán Viện Kỹ thuật Hóa học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nhiều cán Bộ mơn Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Thủy lợi Chúng xin chân thành cảm ơn góp ý tận tình thầy cồ bạn đồng nghiệp Tuy vậy, “Sách hưởng dân Thí nghiệm Q trình Thiết bị’" khó tránh khỏi thiếu sót định Chúng tơi mong nhận góp ý chân thành thầy, cô giáo, bạn sinh viên để sách hoàn thiện lần xuất Xin chân thành cản ơn! Các tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐÀU PHÀN NỘI DƯNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM Bài Bơm ly tâm Bài Máy lọc khung 15 Bài Hệ thống trao đổi nhiệt ống lồng ống 22 Bài Hệ thống chưng luyện 29 Bài Hệ thống sấy tuần hoàn 38 PHÀN HƯỚNG DẪN CHƯẲN BỊ VÀ VIÉT BÁO CÁO THÍ NGHIỆM 45 Bài Bơm ly tâm 46 Bài Máy lọc khung 49 Bài Hệ thống trao đổi nhiệt ống lồng ống 52 Bài Hệ thống chưng luyện 55 Bài Hệ thống sấy tuần hoàn 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHÀN1 NỘI DUNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM BÃI BƠM LY TÂM 1.1 Mục đích thí nghiệm Làm quen với hệ thống thiết bị bơm ly tâm nắm cách thao tác bơm Thành lập đường đặc tính bơm: H = f (Q) 1.2 Cơ sở lý thuyết Bơm ly tâm thường làm việc với số vịng quay khơng đổi tuỳ theo điều kiện làm việc mà áp suất suất thay đổi đồng thời Do đó, vấn đề tìm phụ thuộc suất Q áp suất H bơm số vịng quay khơng đổi có ý nghĩa thực tiễn lớn, cho phép ta chọn bơm thích họp Hàm số H = f(Q) gọi phương trình đặc tính bơm Tuỳ theo cấu tạo bơm mà đường đặc tính biểu diễn dạng đường cong khác Việc lựa chọn kiểu bơm cho trường họp làm việc cụ thể phải dựa sở đường đặc tính bơm Ngồi ra, làm việc bơm cịn định hệ số hữu ích r| cơng suất tiêu hao N bơm Các thông số trường họp số vòng quay bơm khồng đối phụ thuộc suất bơm Các đại lượng đặc trưng cho làm việc bơm ly tâm (khi có số vịng quay khơng đối) áp suất H, cơng suất N hệ số hữu ích ĩ| biêu diễn đồ thị phụ thuộc Q - H, Q - N, Q - ĨỊ gọi đường đặc tính bơm Người ta sử dụng đường đặc tính để nghiên cứu chế độ làm việc lựa chọn thông số bơm Như vậy, làm việc bơm ly tâm đặc trung hệ thống đường cong: H = fl (Q); N = Í2 (Q); ĩ| = fs(Q): Hình 1.1 Đồ thị đường đặc tính bơm Các đường cong biếu diễn quan hệ Q với H, N ĩ| Kết phân tích đường cong cho ta đầy đủ khái niệm chế độ làm việc bơm cho phép ta xác định điều kiện làm việc thuận lợi bơm trường hợp cụ thể Khi suất bơm ly tâm thay đổi thơng số khác áp suất, cơng suất hệ số hữu ích thay đổi theo Khi thay đổi số vòng quay n bơm ly tâm suất, áp suất cơng suất sử dụng thay đổi: z Ổ2 ^2 X2 XW2 ^2 n2 (1.1) Từ đồ thị ta thấy suất Q tăng cơng suất sử dụng N tăng liên tục Khi suất Q = cơng suất sử dụng cực tiếu Việc lựa chọn bơm số vịng quay phụ thuộc vào điều kiện làm việc bơm hệ thống mạng ống (bao gồm ống dẫn thiết bị đặt đường ống) Các điều kiện xác định gọi đặc tuyến mạng ống (Q - Hmg) Đậc tuyến mạng ống biếu thị mối quan hệ suất chất lỏng áp suất cần thiết để khắc phục tất trở lực mạng ống cho Chúng ta biết rằng, chất lỏng thực áp suất cần thiết đê vận chuyến chất lỏng biêu thị công thức: l d Ờ đây: + J2.g + = l d + ) 2.g.f + +ỉỉc (1.2) À - hệ số ma sát; L - chiều dài ống dẫn, m; d - đường kính ống dẫn, m; - tổng hệ số trở lực cục bộ; g - gia tốc trọng trường, m/s2; g = 9,8 m/s2; Cù - vận tốc dòng, m/s; Q - suất bơm, m3/s; Q = co.f; f- diện tích tiết diện ngang ống dẫn, m2; Hh - chiều cao hình học (bằng tổng chiều cao hút đẩy), m; Hc - hiệu số áp suất khoảng không gian tương ứng với vị trí cuối ống đẩy đầu ống hút, m Hình 1.2 Đồ thị đặc tuyến bơm mạng ống 10 STT Thời gian thi nghiệm (phút) Lượng nước lọc ọ (1) Áp suất nén 10 Tinh toán nhận xét két quà thi nghiệm: Rừng kẻt linh toán: Lượng nưởc 77» lọc với ! đơn vị mặt lọc h (l/m7) 10 50 Jr.v = L.I - tì dV AiAV I ? đồ thị xác (tilth l'o K Nhân xét kết thi nghiệm: Một số cảu hói f /) Dộng tục cùa trinh lọc gi? (2ị Nâng suât cùa máy lọc phụ thuộc yêu tô nào? (3ị Thế sổ cùa phương trình lọc? Cảch xác (lịnh cảc so báng thực nghiệm? f4) Nêu giai doụn liên tiếp cua chu trình lọc trẽn máy lọc khung han? 51 BÀI HỆ THÓNG TRAO ĐƠI NHIỆT ĨNG LỊNG ĨNG Họ tên: Lóp TN: Mã sinh viên: Nhóm: Lớp: Thời gian thực thí nghiệm Giảng viên hướng dẫn Ngày tháng năm Tiết Mục đích thí nghiệm Co’ sở lý thuyết Cách tiến hành 4.1 Sơ đồ đặc tính kỹ thuật hệ thong chưng luyện 4.2 Nguyên lý hoạt động 4.3 Thú'tự tiến hành thỉ nghiệm 52 Ghi sô liệu vào bảng sau: Lưu Nhiệt Nhiệt Nhiệt Nhiệt lượng độ độ cuối độ độ cuối lưu thể đầu của đẩu của nóng nước nước nước nước v2 nóng, nóng, lạnh, lạnh, °C °C °C Lưu Chiều số lượng Ill'll lần lưu thê thể đo lạnh V1 (l/ph) (l/ph) Cùng chiều Ngược chiều 53 Tính tốn nhận xét kết thí nghiệm: Ghi cảc số liệu thu vào bảng sau: Chiều lưu thê SỐ lần đo Lưu lượng lưu thể nguội Vi Lưu lượng lưu thể nóng V2 Nhiệt lượng truyền lưu thể Q (m3/s) (m3/s) (J/s) Hiệu số nhiệt độ trung bình Attb (°C) Chuân số Rey nolds Chuân số Rey nolds dịng lạnh dịng nóng Hệ số truyền nhiệt K (W/m2.độ) Cùng chiều Ngược chiều Hệ số truyền nhiệt xuôi chiều: Hệ số truyền nhiệt ngược chiều: Nhận xét kết thỉ nghiệm: Trả lời câu hỏi (1) Thế dân nhiệt, cấp nhiệt (đối lưu nhiệt) xạ nhiệt? (2) Phân loại kiểu chuyển động hai lưu thể? (3) Định nghĩa hệ sô trun nhiệt, hiệu sơ nhiệt độ trung bình hai lưu thê? (4) Thê kính thuỷ lực đường kính tương đương? 54 BÀI HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN Họ tên: Lớp TN: Mã sinh viên: Nhóm: Lớp: Thời gian thực thí nghiệm Giảng viên hướng dẫn Ngày tháng năm Tiết Mục đích thí nghiệm Cơ sở lý thuyết a) Khải niệm chưng luyện: b) Cân băng vật liệu tháp: c) Cân băng nhiệt lượng tháp: d) Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng: e) Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đìa lỷ thuyết) hiệu suất làm việc tháp: Thiết bị - Dụng cụ - Hóa chất Cách tiến hành 4.1 Sơ đồ đặc tính kỹ thuật hệ thong chưng luyện 4.2 Nguyên lý hoạt động 4.3 Thứ tự tiến hành thỉ nghiệm 55 Ghi số liệu vào bảng sau: Nhiệt Nhiệt độ sản STT phẩm đáy tw (°C) độ hỗn hợp đầu vào Lượng Lượng Nhiệt Lượng sản sản độ sản lỏng phắm phấm phâm hồi đỉnh đáy Vp vw (ml/s) (ml/s) đỉnh lưu Vx (°C) tháp ÍF (ml/s) Lượng Nồng hon độ sản hợp đầu phâm VF Xp (ml/s) (%V) đỉnh Nồng Nồng độ độ sản hon phâm hợp đáy Xw đẩu (%V) vào XF (%V) (°C) TB Tính tốn nhận xét kết thí nghiệm: Ghi sô liệu thu vào bảng sau: Nhiệt Nồng độ tra sẻ tay độ đo hóa lý theo nhiệt độ tương ứng °C Sản phẩm đỉnh p Sản phẩm đáy w Hồn họp đầu vào F Lỏng hòi lưu 56 K phần mo ỉ phần khối theo thể lượng tích Nồng độ đo theo phẩn thê khối tích lượng phẩn mol Lượng ml/s kg/s Tính giả trị Rx, i, c, L - Chỉ số hồi lưu Rx =: - Nhiệt dung riêng cùa dung dịch C: - Hàm nhiệt i: - Lượng hỗn hợp đầu tính theo đơn vị sản phấm đỉnh L: Tỉnh cân vật liệu tháp (F.X F) (W.xw + p.x p), so sánh hai giả trị tính rút nhận xét - Kết tính theo nồng độ tra sổ tay hóa lý theo nhiệt độ tương ứng nhận xét: - Kết tính nồng độ đo nhận xét: - So sánh hai kết nhận xét: Tỉnh cân nhiệt lượng tháp nhận xét Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đìa lý thuyết) hiệu suất làm việc tháp: a) Xác định số đìa lý thuyết: - Vẽ đường cong cân lỏng - hệ (rượu nước) theo số liệu tra sổ tay hóa lý Nồng độ phần mol X y - Vẽ đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng theo giá trị nồng độ XF, Xw, XP tra sổ tay trình thiết bị ứng với giá trị nhiệt độ tương ứng đo từ thực nghiệm - Xác định số đĩa lý thuyết Nit theo giá trị nồng độ XF, Xw, XP tra số tay trình thiết bị ứng với giá trị nhiệt độ tương ứng đo từ thực nghiệm - Vẽ đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng theo giá trị nồng độ XF, Xw, XP đo từ thực nghiệm 57 - Xác định số dĩa lý thuyềt Nh theo cãc giá tri nòng độ XI-, Xw, XP từ thục nghiệm - So sánh hai kết qua nhận xét h) Xác định hiệu suàt cùa tháp: - Hiệu suất làm việc cùa tháp theo giã trị nồng độ XF, X», X|> tra sổ tay trinh vã thiết bị ửng với giã trị nhiệt độ tương ứng đo từ (hực nghiệm - Hiệu suât làm việc tháp theo giá trị nóng độ XF, Xu xp đo dược từ thực nghiệm - So sánh hai kết qua nhận xét Báng số liệu linh toán thu được: Giữ trị R i c L Q N« '1 Thực nghiệm Lý thuyềt Nhân xét thính giã kết thu dược Trà lời câu hòi Ị li Trinh bày khái niệm chưng luyện, chung luyện Hèn tục chưng luyện gián đoạn? (2Ị Trình bày cáu lụo, nguyên lỷ hoạt động ưu nhược điềm cùa tháp đỉa chòp? Ị 3) Trình bày cácphương pháp xác định hiệu suầt cùa tháp chung luyện? 58 BÀI HẸ THÕNG SẢY TƯÀN HOÀN Hụ tên: LớpTN: Mã sinh viên: Nhóm: Lớp: Thòi gian thực thi nghiệm Giảng viên hướng dẫn Ngây .tháng năm Tiết Mục đích thi nghiệm Cơ sở lý thuyết Thiết bị - Dụng cụ - Hóa chắt Cách tiến hành / Sơ đồ rà đặc tinh kỹ thuật cua hệ thống tuần hoàn thái 4.2 Nguyên lý hoạt dộng 4.3 Thứ tự tiên hành thí nghiệm 59 Ghì so liệu vào báng sau: Sô chi cùa nhiệt kê So Thời lằn gian ĩ (ph> 10 II 12 60 Trước buồng sảy Sau buồng sẩy Số chi cùa Nhiệt kề Nhiệt kế Nhiệt kề Nhiệt kề khỏ ( Vi ướt (Vi khô(V) ưởt (Vỉ cân G (gi Tinh toán nhận xét kết thi nghiệm: Ghì số liệu thu vào báng sau: Lượng ẩm sổ lần đo rAờt gian T (phút) Hiệu số Lượng Lượng âm bay ấm hại /W vật liệu (g> ITYgỉ thòi gian ArỊphút) linh theo vật Vận tốc liệu khô sấy tuyệt đổi IV zHVVdr 1%) 10 11 12 61 I e dò thị đường cong sấy: r