1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

Phúc trình thí nghiệm qúa trình thiết bị bài thời gian lưu

16 3 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Thời Gian Lưu
Người hướng dẫn
Trường học Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học
Thể loại phúc trình
Thành phố TP. Hồ Chí Minh
Định dạng
Số trang 16
Dung lượng 349,15 KB

Nội dung

Phúc trình thí nghiệm qúa trình thiết bị bài thời gian lưu Phúc trình thí nghiệm qúa trình thiết bị bài thời gian lưu Phúc trình thí nghiệm qúa trình thiết bị bài thời gian lưu Phúc trình thí nghiệm qúa trình thiết bị bài thời gian lưu Phúc trình thí nghiệm qúa trình thiết bị bài thời gian lưu

Trang 1

Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa K ỹ thuật Hóa học

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Phúc trình Thí nghiệm Qúa trình & Thiết bị

Bài:

CBHD: Cô

Sinh viên:

MSSV:

Nhóm: 1.5 , L ớp:

Ngày thí nghi ệm:

Năm học:

Trang 3

Bài: THỜI GIAN LƯU

I. Trích y ếu:

1 Mục đích:

 Khảo sát thời gian lưu của hệ thống bình khuấy trộn mắc nối tiếp mô hình dãy hộp

 Xác định hàm phân bố thời gian lưu thực và so sánh với hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết

2 Phương pháp:

 Hệ một bình: khi hệ thống ổn định, cho phẩm màu vào bình 1 Bấm thời gian (đồng thời với thòi gian cho vào thiết bị ), lấy gốc thời gian là 1 phút Sau mỗi phút dung ống nghiệm lấy mẫu và đem mẫu đi so màu

 Hệ hai, ba bình: làm giống như hệ một bình, cho phẩm màu vào bình 1 và

lấy mẫu ở bình cuối cùng (từ ống thông nhau cuối cùng )

3 Kết quả:

Hệ một bình

D0: 0,007 Đường kính (d): 14 cm Chiều cao (h): 12 cm Lưu lượng: 0,4 l/phút

D 0,001 0,002 0,003 0,004 0,001 0,002 0,001 0,001 0,001 0

D 0,003 0,001 0,003 0,005 0,003

Hệ hai bình

D0: 0,0035 Đường kính (d): 14 cm Chiều cao (h): 12 cm Lưu lượng: 0,4 l/phút

D 0,003 0,003 0,001 0,004 0,003 0,002 0,002 0,003 0,003 0,006

D 0,005 0,005 0,003 0,001 0,001 0,003 0,002 0,004 0,002 0,001

D 0,001 0,002 0,003 0,002 0,001

Hệ ba bình

D0: 0,0023 Đường kính (d): 14 cm Chiều cao (h): 12 cm Lưu lượng: 0,4 l/phút

D 0,003 0,003 0,003 0,005 0,001 0,004 0,005 0,007 0,005 0

D 0,003 0,002 0,003 0,006 0,005 0,002 0,002 0,003 0,004 0,001

Trang 4

t (phút) 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

D 0,001 0 0,001 0,003 0 0,003 0,001 0 0,001 0,001

D 0,001 0,001 0,002 0,003 0,004

4 Nhận xét:

II. Lý thuy ết thí nghiệm:

1 Khái niệm cơ bản:

- Trong hệ thống thiết bị, những phần tử lưu chất khác nhau sẽ đi theo những con đường khác nhau Dựa trên hàm phân bố thời gian lưu xác định được,

ta có thể đánh giá tương quan về dòng trong thiết bị, các nhược điểm sinh

ra khi thiết kế như vùng tù, dòng chảy tắt và tìm cách khắc phục nhờ đánh giá này

- Nghiên cứu thời gian lưu là phương pháp cần thiết để so sánh thiết bị dựa trên dòng vật liệu từ đó có thể cải tiến, lập mô hình tối ưu Cũng dựa trên hàm phân bổ thời gian lưu ta có thể vận hành tối ưu và qua đó thiết lập được các thông số, phương pháp điều khiển cũng như tối ưu hóa quá trình trong thiết bị

- Thời gian lưu của một phần tử trong hệ là thời gian phần tử đó lưu lại ở trong bình phản ứng, hay trong thiết bị bất kỳ cần khảo sát Thời gian lưu của của một thiết bị là một đại lượng xác suất Như vậy tất cả thời gian lưu đều dao động xung quanh thời gian lưu trung bình, do đó xác định thời gian lưu trung bình đặc biệt có ý nghĩa

1

vi i

n

  (1) Trong đó t vi là thời gian lưu của phần tử bất kỳ i

- Với định nghĩa hàm phân bố thời gian lưu F t vE t v , ta có:

   

0

Hay

 

 

0

0

A

I v v v v

A

c t t dt t

c t dt

Trang 5

- Với các hàm điểm, ta có:

1

1

K

i i i K i i

c t t

c



K là các khoảng chia bằng nhau

- Thời gian lưu trong bình thể tích:

R

M

V t V

Với:

:

R

V thể tích lưu chất trong bình, lít

:

M

V lưu lượng của dòng vào thiết bị, lít/giây

- Nếu chất chỉ thị không đạt tương quan lý tưởng thì phương trình trên không thoả mãn (nếu   có thể chất chỉ thị bí hấp phụ vào thành bình t

hoặc các chi tiết hấp phụ)

2 Các phương pháp nghiên cứu thời gian lưu:

- Nghiên cứu thời gian lưu có thể tiến hành theo các phương pháp:

Xác định thành phần của các cấu tử ở thời điểm t (hoặc ) ra khỏi thiết bị, xác định hàm F(t) hoặc F()

Xác định thành phần của các cấu tử ở thời điểm t (hoặc ) vẫn còn lưu lại trong thiết bị, hàm I(t) hoặc I()

Xác định thành phần của các cấu tử ở thời điểm t (hoặc ) đang trong quá trình thóat ra khỏi thiết bị, hàm f(t) hoặc f()

- Để khảo sát khả năng hoạt động của một thiết phản ứng thực tế ta thường dùng phương pháp kích thích – đáp ứng (phương pháp đánh dấu) Các dạng kích thích đầu vào và đáp ứng đầu ra được trình bày trên hình 1

Tín hiệu vào Tín hiệu ra

(Kích thích) Bình (Đáp ứng)

Trang 6

Hình 1: Các d ạng tín hiệu kích thích đáp ứng thường dùng

Trang 7

- Như vậy các phần tử đánh dấu phải có đặc điểm là không được ảnh hưởng

và khác biệt với các phần tử tạo nên tương quan trong hệ

- Các loại chất chỉ thị đối với môi trường lỏng có thể là dung dịch màu, các

chất phóng xạ, các đồng vị phóng xạ ổn định, các hạt rắn phát sáng Các

chất chỉ thị thích hợp với tính chất của các phần tử trong hệ phải có khối lượng riêng, độ nhớt, hệ số khuếch tán thích hợp

- Khi có các chỉ thị thích hợp, ta có thể để nó vào hệ theo hai kiểu tín hiệu là: tín hiệu ngẫu nhiên (Stochas) và tín hiệu xác định (Determinis) Loại tín

hiệu xác định có thể chia làm hai loại là tín hiệu tuần hoàn và tín hiệu không tuần hoàn

- Để khảo sát các thiết bị, người ta sử dụng tín hiệu xác định không tuần hoàn Loại tín hiệu này có thể tạo ra nhờ:

 Đánh dấu bằng va chạm

 Đánh dấu bằng cho nhập vào liên tục một lượng xác định

 Đánh dấu bằng cho nhập chiếm chỗ toàn bộ trong hệ

- Vì tiện lợi trong sử dụng và sự đồng dạng của tín hiệu kích thích có dạng

bậc hoặc dạng xung Trong thí ngiệm, ta sử dụng loại đánh dấu bằng va

chạm Loại đánh dấu này chính là sự thực hiện ở điều kiện kỹ thuật hàm Dirac (hàm động lượng Dirac), hay còn gọi là hàm Delta

 

 

0, 0 , 0 1

t t

t

t dt



   

Loại đánh dấu này thường thích hợp với chất màu

3 Hàm phân bố thời gian lưu của mô hình dãy hộp:

Đa số các thiết bị thực lại thường có hàm phân bố là của mô hình dãy hộp

Bình khu ấy trộn lý tưởng:

- Trong một bình phản ứng được coi là lý tưởng với kiểu đánh dấu va chạm

phải thỏa mãn: thể tích VR trong bình là hằng số theo thời gian, trong bình

có sự khuấy trộn hoàn toàn một thành phần trong hệ một cách đồng nhất ở

mọi vị trí thuộc thể tích VR Như vậy, trong bình có sự đột biến của dòng vào

Trang 8

- Thời gian lưu trung bình thể tích:

1 1

; 1 exp

out R

in M

- Khi nối các bình lý tưởng lại, ta được mô hình dãy hộp

- Hàm phân bố có dạng tổng quát

1

exp 1

1 !

n

f t

n

 

- Khi n1, ta có mô hình khu ấy trộn lý tưởng Con khi n , ta l ại có mô hình đẩy lý tưởng

- Giả sử ban đầu không có chất chỉ thị trong dòng lưu chất vào bình, sau đó tác động tín hiệu xung vào bằng các cho một lượng chất chỉ thị nhất định vào dòng lưu chất trong khoảng thời gian rất ngắn

- Đường cong biểu diễn nồng độ theo thời gian thu gọn của chất chỉ thị trong dòng ra ứng với tín hiệu kích thích dạng xung tại đầu vào gọi là đường cong C Nồng độ ban đầu của chất chỉ thị là Co Với diện tích bên dưới đường cong bằng 1, ta có:

Thời gian thu gọn vô thứ nguyên: t t t

V t

  

(2)

Với t là thời gian phần tử lưu chất bất kỳ đi qua thiết bị

t và  được xác định theo (1)

0

1

C

C

 

(3)

0

1

t

Trang 9

Hình 2: Đường cong C biểu diễn đáp ứng tại dòng ra cho tín hiệu xung tại

đầu vào

III. Dung c ụ, thiết bị và phương pháp thí nghiệm:

1 Dụng cụ:

Ống nghiệm, đồng hồ bấm giờ, pipet, phẩm màu và máy đo độ truyền suốt (hấp thụ) ánh sáng

2 Thiết bị:

Hệ thống thí nghiệm thời gian lưu mô hình dãy hộp bình khuấy trộn

3 Phương pháp thí nghiệm:

Tiến hành theo trình tự sau

- Mở van cho nước lên thùng cao vị cho đến khi có nước trong ống chảy tràn

- Mở khóa cho nước chảy qua lưu lượng kế vào hệ thống bình khuấy và chỉnh lưu lượng dòng chảy

- Hệ một bình: khi hệ thống ổn định, cho phẩm màu vào bình 1 Bấm thì kế (đồng thời với thời gian cho màu vào thiết bị), lấy gốc thời gian Dùng ống nghiệm lấy mẫu theo thời gian, sau đó đem mẫu đi so màu

Trang 10

- Hệ hai, ba bình: làm giống như hệ một bình, cho phẩm màu vào bình 1 và lấy mẫu ở bình cuối cùng (từ ống thông nhau cuối cùng)

IV. K ết quả thí nghiệm:

B ảng 1: Hệ thống một bình:

2 1 0,001 0,001 0,140741 0,142857 0,216647 0,805214

3 2 0,002 0,004 0,281481 0,285714 0,433294 0,64837

4 3 0,003 0,009 0,422222 0,428571 0,649942 0,522076

5 4 0,004 0,016 0,562963 0,571429 0,866589 0,420383

6 5 0,001 0,005 0,703704 0,142857 1,083236 0,338498

7 6 0,002 0,012 0,844444 0,285714 1,299883 0,272564

8 7 0,001 0,007 0,985185 0,142857 1,51653 0,219472

9 8 0,001 0,008 1,125926 0,142857 1,733177 0,176722

10 9 0,001 0,009 1,266667 0,142857 1,949825 0,142299

12 11 0,003 0,033 1,548148 0,428571 2,383119 0,092262

13 12 0,001 0,012 1,688889 0,142857 2,599766 0,074291

14 13 0,003 0,039 1,82963 0,428571 2,816413 0,05982

15 14 0,005 0,07 1,97037 0,714286 3,03306 0,048168

16 15 0,003 0,045 2,111111 0,428571 3,249708 0,038786

Số liệu: VR = 0,001846 (m3) ; VM = 0,0004 (m3/phút)

Thời giant rung bình thể tích:  = 4,6158 (phút)

Thời gian lưu trung bình thực ̅ = 7,1053 (phút)

Trang 11

Hình 3: Đồ thị D/D 0 = f( ) ở hệ thống 1 bình

B ảng 2: Hệ thống 2 bình nối tiếp:

2 1 0,003 0,003  1  0,348895

3 2 0,003 0,006  1  0,56187

4 3 0,001 0,003  0,333333  0,678638

5 4 0,004 0,016  1,333333  0,728599

6 5 0,003 0,015  1  0,733347

7 6 0,002 0,012  0,666667  0,708602

8 7 0,002 0,014  0,666667  0,665672

9 8 0,003 0,024  1  0,612581

10 9 0,003 0,027  1  0,554916

11 10 0,006 0,06  2  0,496474

12 11 0,005 0,055  1,666667  0,439744

13 12 0,005 0,06  1,666667  0,386278

14 13 0,003 0,039  1  0,336956

15 14 0,001 0,014  0,333333  0,292193

16 15 0,001 0,015  0,333333  0,252083

17 16 0,003 0,048  1  0,216513

18 17 0,002 0,034  0,666667  0,185236

19 18 0,004 0,072  1,333333  0,157928

20 19 0,002 0,038  0,666667  0,134231

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Thực tế

Lý thuyết

Trang 12

21 20 0,001 0,02  0,333333  0,113773

22 21 0,001 0,021  0,333333  0,096192

23 22 0,002 0,044  0,666667  0,081144

24 23 0,003 0,069  1  0,068308

25 24 0,002 0,048  0,666667  0,057394

26 25 0,001 0,025  0,333333  0,04814

Số liệu: VR = 0,001846 ×2 (m3) ; VM = 0,0004 (m3/phút)

Thời gian trung bình thể tích:  = 9,2316 (phút)

Thời gian lưu trung bình thực ̅ = 11,3333 (phút)

Hình 4: Đồ thị D/D 0 = f( ) ở hệ thống 2 bình mắc nối tiếp

B ảng 3: Hệ thống 3 bình nối tiếp:

2 1 0,003 0,003  1,5  0,05669

3 2 0,003 0,006  1,5  0,182591

4 3 0,003 0,009  1,5  0,330806

5 4 0,005 0,02  2,5  0,473546

6 5 0,001 0,005  0,5  0,595791

7 6 0,004 0,024  2  0,690825

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Thực tế

Lý thuyết

Trang 13

8 7 0,005 0,035  2,5  0,757134

9 8 0,007 0,056  3,5  0,796284

10 9 0,005 0,045  2,5  0,811492

12 11 0,003 0,033  1,5  0,785972

13 12 0,002 0,024  1  0,753175

14 13 0,003 0,039  1,5  0,711756

15 14 0,006 0,084  3  0,664679

16 15 0,005 0,075  2,5  0,614398

17 16 0,002 0,032  1  0,562884

18 17 0,002 0,034  1  0,511667

19 18 0,003 0,054  1,5  0,461898

20 19 0,004 0,076  2  0,4144

21 20 0,001 0,02  0,5  0,369729

22 21 0,001 0,021  0,5  0,328227

24 23 0,001 0,023  0,5  0,255278

25 24 0,003 0,072  1,5  0,223816

27 26 0,003 0,078  1,5  0,170309

28 27 0,001 0,027  0,5  0,147887

30 29 0,001 0,029  0,5  0,110617

31 30 0,001 0,03  0,5  0,095319

32 31 0,001 0,031  0,5  0,081954

33 32 0,001 0,032  0,5  0,070317

34 33 0,002 0,066  1  0,060214

35 34 0,003 0,102  1,5  0,051468

36 35 0,004 0,14  2  0,043917

Số liệu: VR = 0,001846 ×3 (m3) ; VM = 0,0004 (m3/phút)

Thời gian trung bình thể tích:  = 13,845 (phút)

Thời gian lưu trung bình thực ̅ = 14,5604 (phút)

Trang 14

Hình 5: Đồ thị D/D 0 = f( ) ở hệ thống 3 bình mắc nối tiếp

V. Bàn lu ận:

1 So sánh hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết và thực nghiệm:

- Qua các số liệu và đồ thị ở trên, ta thấy hàm phân bố thời gian lưu lý và

thực nghiệm có sự khác biệt rất lớn, trong khi ở lý thuyết có sự biến đổi ổn định (ở đồ thị hình 4 và 5 có sự tăng dần lên cực đại và tiến dần về 0) thì ở

thực nghiệm, hàm phân bố biến đổi liên tục, không theo quy luật gì

- Thời gian lưu trung bình thực nghiệm lớn hơn thời gian lưu trung bình thể tích ( lý thuyết) nên xảy ra dòng chảy tắt, vùng tù

2 Các hiện tượng của quá trình và thiết bị phát sinh sự mất ổn định:

- Vùng tù: tốc độ cánh khuấy chậm không khuấy đều hết thể tích chất lỏng,

tạo ra vùng trũng ở giữa

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Thực tế

Lý thuyết

Trang 15

- Tốc độ quay của cánh khuấy cùng với sự chuyển động của dòng chất trong bình dưới cản trở của bề mặt bình tạo nên các vùng có mức độ đồng đều

chất khác nhau, có thể tồn tại trong thời gian lấy mẫu làm ảnh hưởng đến

kết quả

- Phẩm màu đi qua đường ống có thể bị giữ lại một phần trên đường ống

3 Đánh giá sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên:

 Sai số hệ thống: sai số kết quả trong bài một phần là sai số hệ thống, vì có

những điều sau:

- Máy đo độ truyền suốt trong bài thí nghiệm hư nên không thể xác định được bước sóng đang thực hiện Do dó, các kết quả D ghi nhận được đều không biết được là đúng hay sai ở bước sóng nào

- Hoạt động ổn định của thiết bị ( vận tốc của cánh khuấy, cản trở chuyển động của bề mặt bình) và sự hấp thụ phẩm màu không đều qua từng lần lấy

mẫu cũng là nguyên nhân gây ra sai số hệ thống

 Sai số ngẫu nhiên: thao tác thí nghiệm:

- Xác định mốc thời gian bấm giờ

- Chỉnh hệ thống ổn định (mức thể tích ở trong bình luôn ổn định trong quá trình lấy mẫu)

- Cho mẫu vào cuvet : lau không sạch, nhiễu mẫu lên thành ngoài…

VI. Ph ụ lục:

1 Các giá trị tính toán cho hệ 1 bình

 Thực tế

- Độ hấp thụ cực đại D0=0,007

Trang 16

- Thời gian lưu trung bình thực: i i

i

D t t

D

 

- Thời gian thu gọn t

t

 

- Độ đo sự phân bố thời gian lưu

0

D E D

 

 Lý thuyết

- Thời gian lưu lý thuyết R

M

V V

  (phút)

- Thời gian thu gọn  t

- Độ đo sự phân bố thời gian lưu E e

2 Các giá trị tính toán cho hệ 2 bình mắc nối tiếp:

 Thực tế

- Độ hấp thụ cực đại D0=0,007/2

 Lý thuyết

- Thể tích 2 bình khuấy

- Độ đo sự phân bố thời gian lưu  

1

2

1 !

n n

n n E

n

3 Các giá trị tính toán cho hệ 3 bình

 Thực tế

- Độ hấp thụ cực đại D0=0,007/3

 Lý thuyết

- Thể tích 3 bình khuấy

- Độ đo sự phân bố thời gian lưu  

3

27

n n

n n E

n

VII. Tài li ệu tham khảo:

[1] Tập thể cán bộ giảng dạy bộ môn Qúa trình và Thiết bị,” Giáo trình Thí nghiệm Qúa trình và Thiết bị”, Trường ĐH Bách Khoa TPHCM

Ngày đăng: 11/03/2024, 20:32

w