Giáo trình thực hành máy và quá trình thiết bị hệ trung cấp

Mô tả vắn tắt nội dung môn học: Trang bị cho sinh viên về các cơ sở các quá trình hấp thu, chư ng cất, hấp phụ, trích ly và sấy vật liệu, tính toán cânbằng vật chất, năng lư ợng, cơ sở c

KHOA HOÁ

GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH

MÁY VÀ QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

HỆ CAO ĐẲNG

Thành phố Hồ Chí Minh, 9 – 2004

MỤC LỤC

Mục lục 2

Bài 1: Mạch lư u chất 3

Bài 2: Chư ng cất 13

Bài 3: Truyền nhiệt ống lồng ống 18

Bài 4 Tháp đệm 25

Bài 5 Thời gian lư u 25

Bài 6 Sấy đối lư u 31

Bài 7.A-B Bơm - Quạt 31

Bài 8.A-B Khuấy - Lọc khung bản 50

Bài 9 Vẽ sơ đồ và các chi tiết thiết bị chư ng cất 57

Bài 10 Vẽ sơ đồ và các chi tiết thiết bị tháp đệm 62

Bài 11: Tháo lắp bơm quạt 68

Bài 12: Tháo lắp thiết bị truyền nhiệt 71

MÔN HỌC: THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

1 Mã môn học : 038TP220

2 Số đơn vị học trình: 3

3 Trình độ thuộc khối kiến thức: Khối kiến thư ùc cơ sở ngành.

4 Phân bố thời gian: 100% thư ïc hành

5 Điều kiện tiên quyết: Thư ïc hành sau các môn học lý thuyết Hóa đại cư ơng,

Hóa lý, các quá trình thủy cơ và vật liệu rời, truyền nhiệt, truyền khối

6 Mô tả vắn tắt nội dung môn học: Trang bị cho sinh viên về các cơ sở các

quá trình hấp thu, chư ng cất, hấp phụ, trích ly và sấy vật liệu, tính toán cânbằng vật chất, năng lư ợng, cơ sở các quá trình thủy lư ïc, cơ học vật liệu rời,truyền nhiệt, truyền khối, tính toán đư ợc các thông số cơ bản trong các quátrình đó

7 Nhiệm vụ của sinh viên: Tham dư ï học và thảo luận đầy đủ Thi và kiểm tra

giư õa học kỳ theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT

8 Tài liệu học tập : Giáo trình thư ïc tập quá trình và thiết bị

9 Tài liệu tham khảo :

[1] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học Tập 2 - Nhà xuất bảnKhoa học và kỹ thuật Hà nội 1992

[2] Nguyễn Bin - Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất vàthư ïc phẩm Tập 1, 2 - NXB Khoa học và kỹ thuật 1999

[3] Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ- Quá trình và thiết bị công nghệ hóahọc - Truyền nhiệt - NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh

[4] Đỗ Trọng Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Võ Thị Ngọc

Tư ơi, Trần Xoa Cơ sở quá trình và thiết bị công nghệ hóa học Tập1 NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội 1974

-[5] Hoàng Đình Tín - Nhiệt công nghiệp - NXB Đại học quốc gia Tp Hồ ChíMinh, 2001

[6].Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh - Truyền khối- NXB khoa học và kỹ thuật.1998

[7] Hoàng Minh Nam, Vũ Bá Minh - Cơ học vật liệu rời- NXB khoa học vàkỹ thuật 1998

10 Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên :

 Nắm đư ợc cơ bản nội dung môn học

 Có tính chủ động và thái độ nghiêm túc trong học tập

 Kiểm tra giư õa môn học để đư ợc dư ï thi

11 Thang điểm: 10/10

12 Mục tiêu môn học: Trang bị cho sinh viên như õng kiến thư ùc cơ bản về cơ

sở lý thuyết chuyên ngành hóa học

13 Nội dung chi tiết môn học:

Bài 1: Mạch lư u chất

Bài 2: Chư ng cất

Bài 3: Truyền nhiệt ống lồng ống

Bài 4: Tháp đệm

Bài 5: Thời gian lư u

Bài 6: Sấy đối lư u

Bài 7: A-B Bơm – Quạt

Bài 8: A-B Khuấy - Lọc khung bản

Bài 9: Vẽ sơ đồ và các chi tiết thiết bị chư ng cất

Bài 10: Vẽ sơ đồ và các chi tiết thiết bị tháp đệm

Bài 11: Tháo lắp bơm quạt

Bài 12: Tháo lắp thiết bị truyền nhiệt

BÀI 1: MẠCH LƯU CHẤT

I MỤC ĐÍCH

Khảo sát sư ï chảy của nư ớc ở nhiệt độ phòng thí nghiệm trong một hệ thốngchảy với hai đư ờng ông có đư ờng kính khác nhau d= 28 và d=16 , và có lư u lư ợngkế màng chắn, ventury , như õng bộ phận nối cùng như õng van kiểm soát

- Thí nghiệm a: Xác định hệ số lư u lư ợng kế màng và venturi (trắc định lư u

lư ợng kế màng chắn và veturi)

- Xác định thư øa số ma sát

- Xác định chiều dài tư ơng đư ơng của van Le

II LÝ THUYẾT

1 Lưu lượng kế màng chắn và Ventury :

Nguyên tắc của hai dụng cụ này là do độ giảm áp suất của lư u chất khi chảyqua dụng cụ nói trên để xác định lư u lư ợng dòng chảy

Vận tốc trung bình ở vị trí (2) đư ợc tính tư ø tổng kếtâ năng lư ợng là :

Sư û dụng phư ơng trình Bernouli cho hai mặt cắt ư ớt1-1, 2-2

- Z1 ,Z2: Độ cao mặt cắt ư ớt so với mặt chuẩn , nếu lấy mặt chuẩn trùng mặtống thì Z1 ,Z2 = 0

- Hf : tổn thất năng lư ợng dọc ống, nếu bỏ qua tổn thất năng lư ợng dọc ống nàythì Hf = 0

- 1,2 : Hệ số điều chỉnh động lư ợng , nếu chế độ chảy rối thì1=2 = 1

- Trọng lư ợng riêng của lư u chất = g ( với  là khối lư ợng ruêng của lư uchất)

- v1, v2: Vận tốc dòng chảy tại mặt cắt tại các tiết diện 1-1, 2-2

) 1 ( 2

2

2 2 2 2 2

2 1 2 1

g

v P Z g

v P







- g : Gia tốc trọng trư ờng.

p: Hệ số thủy dầu áp suất

Lư u lư ợng kế màng chắn và veturi đư ợc thiết lập qua công thư ùc:

Trong thư ïc tế có tổn thất năng lư ợng khi chất lỏng đi tư ø 1-1, 2-2 Để hiệuchỉnh ngư ời ta đư a vào hệ số hiệu chỉnh C, lư u lư ợng thư ïc của ống là :

2 Tổn thất năng lượng của dòng chảy trong ống dẫn :

Khi lư u chất chảy trong ống sẽ có sư ï thất thoát năng lư ợng do ma sát vớithành ống Xét trư ờng hợp ống tròn đều nằm ngang : phư ơng trình Becnoulli tạihai mặt cắt ư ớt 1-1, 2-2 giới hạn đoạn ống cho ta :

Với : Z1 = Z2 = 0

v1 = v2

1=2 = 1 ( chảy rối )công thư ùc Darcy cho tổn thất năng lư ợng :

) 2 ( 2

) 1

2 2 2

g

v v

4

d v v

d v

D v A v A v

2 2 1

4 2

2

1

2 2

) 1 (

p P g

v

p K d p g A

2 2

2 4 2

2





4 2

f

H g

v P Z g

v P

2 2

2 2 2 2 2

2 1 2 1 1









L : chiều dài ống (m).

D : đư ờng kính ống (m)

 : Hệ số ma sát vô thư ù nguyênHệ số ma sát phụ thuộc vào chế đô dòng chảyNếu chế độ là chảy tầng (Re < 2320 ) thì

Nếu chế độ là chảy rối (Re > 2320 ) thì = f(Re, /D) , có thể tra tư ø đồ thịMoody hay tư ø một số công thư ùc thư ïc nghiệm ( hệ số ma sát phụ thuộc vào Re vàđộ nhám tư ơng đối/D)

Độ nhám tư ơng đối của ống là tỉ số giư õa độ nhám thành trên đư ờng kính ống

D

Hf : tổn thất năng lư ợng do ma sát trong ống (m)

Có thể tính hệ số ma sát theo công thư ùc :

g: gia tốc trọng trư ờng g = 98,1 dm/s2

D : đư ờng kính ống (dm)

Ll : chiều dài đoạn ống khảo sát (dm)

Q : lư u lư ợng nư ớc chảy trong ống (l/s) Q đư ợc xác định tư ø đồ thị Q theochênh lệch áp suất Pm/g (câu a)

p0 : tổn thất cột áp ở hai đầu ống khảo sát (dm nư ớc )

3 Tổn thất cục bộ :

Ngoài sư ï mất mát năng lư ợng do ma sát nói trên còn có sư ï mất mát năng

lư ợng do trở lư ïc cuc bộ ,ï do sư ï thay đổi tiết diện chảy ,hư ớng chảy , bị cản bởivan, khúc nối , hay chỗ đột mở , đột thu, các co …

Đối với van hay khúc nối , tổn thất đư ợc biểu diễn bằng phư ơng trình:

2

8 4

D g

lQ p

D

Q v

8lQ

p D

Le : chiều dài tư ơng đư ơng của van hay khúc nối đư ợc định nghĩa là chiều dàicủa một ống thẳng có cùng sư ï mất mát năng lư ợng với van hay khúc nối trongnhư õng điều kiện giống nhau.

Xác định chiều dài tư ơng đư ơng Le:

g: gia tốc trọng trư ờng g = 98,1 dm/s2

D : đư ờng kính ống (dm)

l : chiều dài đoạn ống khảo sát (dm)

Q : lư u lư ợng nư ớc chảy trong ống (l/s) Q đư ợc xác định tư ø đồ thị Q theo

chênh lệch áp suấtPm/g (câu a)

 đư ợc xác định tư ø đồ thị- Re trong thí nghiệm b1, ư ùng mỗi giá trị Re ta cógiá trị tư ơng ư ùng ( sư û dụng đồ thị trong khảo sát đư ờng ống D28)

Với các đơn vị đại lư ợng đư ợc định nghĩa như trên

III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

1 Sơ đồ : (Xem hình vẽ)

2 Dụng cụ :

Thì kế (sinh viên chuẩn bị )

Số liệu : kích thư ớc ống dẫn bằng đồng

Kí hiệu Đư ờng kính ngoài Đư ờng kính trong

Độ nhám : e = 1.2 lỗ mm

Màng chắn : lối vào : 2,60 cm đư ờng kính lỗ : 1,60 cm

Ventury : lối vào : 2,60 cm đư ờng kính lỗ : 1,60 cm

IV PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Trư ớc khi bắt đầu các phần làm thí nghiệm , sinh viên cần tuân theo một sốchỉ dẫn sau :

5 2

2 2

8

Q Le gD

v L p

8 Q

p D g

Trư ớc khi mở hay tắt máy bơm phải đóng van số 3 và 4 để tránh bọt khí lọtvào hệ thống

Mở cầu nguồn

1 Trắc định lưu lượng kế màng chắn và ventury

Mở van nguồn nư ớc và số 0 cho nư ớc vào bình chư ùa đến vạch tối đa

Mở van số 1 , 2 và đóng van 4 ,5

Mở công tắc điện cho bơm chạy và tư ø tư ø mở van 3 tối đa đồng thời mở vancủa áp kế dư ới ( thư ờng các van này đã mở) Ventury và màng chắn Tắt bơm ,đóng van 3 So sánh mư ùc chất lỏng trong các nhánh áp kế có bằng nhau không Nếu không bằng nhau thì tiến hành chỉnh cho mư ùc chất lỏng trong các nhánh bằngnhau bằng cách : mở công tắc điện cho bơm chạy, mở van 3 , đồng thời mở cácvan phía trên áp kế để thông với khí quyển sau đó tiến hành tắt bơm và khóa cácvan phía trên áp kế lại Sau đó tiến hành thí nghiệm

Ta chọn thể tích nư ớc W (trư ớc như trong bảng) ư ùng với mỗi độ mở van 4 (

lư u lư ợng sẽ khác nhau) ta đo độ giảm áp của màng chắn, venturi vàđồng thời

đo thời gian mà máy bơm, bơm hết thể tích nư ớc đó.

Sẽ tiến hành đo với các độ mở van : hòan tòan, ¾ van, ½ van, ¼ van

Van số 4 mở hòan tòan (4 +1/4 vòng )

Mở hòan tòan : sẽ mở van tối đa

Mở ¾ van : khóa van 1 +1/16 vòng

Mở ½ van : khóa van thêm 1 +1/16 vòng

Mở ¼ van : khóa van thêm 1 +1/16 vòng

Khi hết nư ớc trong bình chư ùa : tắt bơm, khóa van 4,mở van O và van nguồn

nư ớc

Tiến hành làm thí nghiệm 3 lần, có thể lấy số liệu trung bình và lọai như õngthông số thí nghiệm sai

2 Thiết lập giản đồ  theo Re cho đường ống có đường kính 28 mm và 16 mm

Cho ống 28 mm mở van 1,2 khóa van 4,5

Mư ùc chất lỏng trong các nhánh áp kế phải bằng nhau (nếu không bằng nhautiến hành chỉnh cho mư ùc chất lỏng bằng nhau tiến hành giống câu a)

Tiến hành làm thí nghiệm cho chiều dài l = 0,9 m ư ùng với các độ mở van 3 ta

đo độ giảm áp trên ống D28 và màng chắn.

Van 3 sẽ thí nghiệm cho các độ mở : hòan tòan, ¾ van, ½ van, ¼ van

Van số 3 mở hòan tòan (4 +1/4 vòng )

Mở hòan tòan : sẽ mở van tối đa

Mở ¾ van : khóa van 1 +1/16 vòng

Mở ½ van : khóa van thêm 1 +1/16 vòng

Mở ¼ van : khóa van thêm 1 +1/16 vòng

Tiến hành làm thí nghiệm 3 lần, có thể lấy số liệu trung bình và lọai như õngthông số thí nghiệm sai

Cho ống 16 mm khóa van 1,2 mở van 3

Tiến hành làm thí nghiệm cho chiều dài l = 0,9 m ư ùng với các độ mở van 5 ta

đo độ giảm áp trên ống D14 và màng chắn.

Van 5 sẽ thí nghiệm cho các độ mở : hòan tòan, ¾ van, ½ van, ¼ van

Van số 3 mở hòan tòan (3 vòng )

Mở hòan tòan : sẽ mở van tối đa

Mở ¾ van : khóa van ¾ vòng

Mở ½ van : khóa van thêm ¾ vòng

Mở ¼ van : khóa van thêm ¾ vòng

3 Định chiều dài tương đương của van :

Mư ùc chất lỏng trong các nhánh áp kế phải bằng nhau (nếu không bằng nhautiến hành chỉnh cho mư ùc chất lỏng bằng nhau tiến hành giống câu a)

Mở van 1,3 khóa van 4,5 ư ùng với các độ mở van 2 ta đo độ giảm áp của van

2 và màng chắn

Van 2 sẽ thí nghiệm cho các độ mở : hòan tòan, ¾ van, ½ van, ¼ van

Van số 2 mở hòan tòan (4 +1/4 vòng )

Mở hòan tòan : sẽ mở van tối đa

Mở ¾ van : khóa van 1 +1/16 vòng

Mở ½ van : khóa van thêm 1 +1/16 vòng

Mở ¼ van : khóa van thêm 1 +1/16 vòng

Tiến hành làm thí nghiệm 3 lần, có thể lấy số liệu trung bình và lọai như õngthông số thí nghiệm sai

V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM, TÍNH TOÁN VÀ ĐỒ THỊ

1 Kết quả đo

ghi kết quả đo và tính các số liệu theo bảng

a Trắc định lưu lượng kế màng chắn, lưu lượng kế Venturi

Độ mở W

(lít)

T (s)

Q (lít/s)

Pm/g (cmH 2 O)

Pv/g (cmH 2 O)

b.1 Thiết lập giản đồ  theo Re cho đường ống có đường kính 28 mm

Độ mở Pm/g

(cmH 2 O)

P/g D28 (cmH 2 O)

Q (lít/s)

V (cm/s)

Q (lít/s)

V (cm/s)

Q (lít/s)

V (cm/s)

Vẽ các đồ thị

- Lư u lư ợng Q theo chênh lệch áp suấtPm/g vàPv/g (màng chắn và ốngventuri) (câu a)

- Hệ số lư u lư ợng kế Cm và Cv theo Re (câu a)

- Thư øa số ma sát theo Re (câu b1, b2)

- Lư u lư ợng Q theo độ mở van (câu c)

3 Bàn luận:

- So sánh các đồ thị tư ø kết quả thí nghiệm với kết quả trong sách (lý thuyết)

- Nhận xét về mư ùc tin cậy của kết quả thí nghiệm và nguyên nhân của sai số

- Liên hệ mô hình thí nghiệm so với trong các công nghiệp

- Nêu cách sư û dụng van để hạn chế tổn thất (khi lư u chất qua van) và như õng ư ùngdụng van trong thư ïc tế

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO

a Giáo trình cơ lư u chất ( tập thể giảng viên bộ môn cơ lư u chất) Trư ờng ĐHKT(ĐHBK) năm xb: 1997

b Vũ Văn Tảo và Nguyễn Cảnh Cầm ‘’thủy lư ïc’’ tập 1 NXB Đại học và Trunghọc chuyên nghiệp, Hà Nội, 1968

ÁP KẾ CHỮ U

MÀNG CHẮN VENTUARI

BÌNH CHƯ ÙA CHẤ T LỎNG

BÀI 2: CHƯNG CẤT

I MỤC ĐÍCH :

Khảo sát ảnh hư ởng của dòng hòan lư u và ảnh hư ởng của vị trí mân nhập liệuđến hiệu suất của tháp chư ng cất và độ tinh khiết của sản phẩm

II LÝ THUYẾT :

Mô hình mâm lý thyết là mô hình tóan đơn giản nhất dư ïa trên các cơ sở sau :

a / Cân Bằng giư õa hai pha lỏng – hơi cho hỗn họp hai cấu tư û

b / Điều kiện động lư ïc học lư u chất lý tư ởng trên mâm lý tư ởng cho hai phalỏng – hơi là:

- Pha lỏng phải hòa trộn hòan tòan trên mâm

- Pha hơi không lôi cuốn các giọt lỏng tư ø mâm dư ới lêm mâm trên và đồngthời có nồng độ đồng nhất tại mọi vị trí trên tiết diện

- Trên mỗi mâm luôn đạt sư ï cân bằng giư õa hai pha

1 Hiệu suất :

Để chuyển số mâm lý thuyết thành số mâm thư ïc ta cần phải biết hiệu suấtmâm có 3 lọai hiệu suất cần dùng là: (1) hiệu suất tổng quát , liên quan đến tòantháp (2) hiệu suất mâm Murphree, liên quan đến một mâm và (3) hiệu suất cụcbộ, liên quan đến vị trí cụ thể trêm mâm

Hiệu suất tổng quát E0 đơn giản khi sư û dụng như ng kém chính xác nhất, đuọ7cđịnh nghĩa là tỷ số giư õa mâm lý tư ởng và số mâm thư ïc cho tòan tháp

Số mâm lý tư ởng số bậc thang - 1

Số mâm thư ïc số mâm thư ïcVới 1 tư ợng trư ng cho nồi đun luôn luôn tư ơng đư ơng với một mâm lý thuyếtHiệu suất mâm Murphree định nghĩa là :

yn- yn+1

EM =

y*

n- yn+1Trong đó :

yn = nồng độ thư ïc ucủa pha hơi rời mâm thư ù n

yn+1= Nồng độ thư ïc của pha hơi vào mâm thư ù n

không bằng với nồng độ trung bình của pha lỏng trên mâm nên dẫn đến khái niệmhiệu suất cục bộ hiệu suất cục bộ đư ợc định nghĩa như sau :

yn,- y, n+1

EM =

y,

en- y, n+1

yn, : Nồng độ rời khỏi vị trí cụ thểtrên mâm n

y,

n+1 : Nồng độ pha hơi vào mâm n tại cùng vị trí

y,

en : Nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng tại cùng vị trí

2 Mối liên hệ giữa hiệu suất mâm Murpree và hiệu suất tổng quát :

Hiệu suất tổng quát của tháp không bằng với hiệu sât trung bình của tư øngmâm Mối liên hệ này tùy thuộc vào độ dốc tư ơng đối của đơng2 cân bằng và

đư ờng làm việc Khi mG/L > 1 hiệu suất tổng quát có giá trị lớn hơn và khi mG/L

< 1 hiệu suất tổng quát có giá trị nhỏ hơn Như vậy với quá trình trong đó cả haivùng như trên ( chư ng cất ) thì hiệu suất tổng quát E0 có thể gần bằng hiệu suấtmâm EM

Tuy nhiên khi phân tích hoạt động của một tháp thay một phần của tháp thư ïctế trong đó đo đư ợc sư ï biến thiên nồng độ qua một hoặc một vài mâm sẽ xác định

đư ợc giá trị đúng của EM hơn là giả sư û EM= E0

III THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT :

- Hệ thống chư ng cất 5 mâm xuyên lỗ (xem hình vẽ)

- Một hệ thống đo nhiệt độ Đo nhiệt độ các mâm , nồi đun , nhiệt độ nhậpliệu , nhiệt độ hoàn lư u

- Một phù kế

- Đồng hồ đo thời gian (sinh viên chuẩn bị )

- Một ống khắc vạch 250 ml

- Một bình nư ớc cất

- Một bình rư ợu Etylic

IV PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM :

1 Tiến hành thí nghiệm :

- Đổ bình nư ơc cất vào bình nhập liệu , pha rư ợu vào sao cho nồng rư ợukhoảng 15-20 độ , pha hỗn hợp gần đầy bình nhập liệu

- Khi hỗn hợp trong nồi đun dư ới vạch trắng ( 1/ 3 ) nồi đun sẽ rất nguy hiểm,sẽ cháy điện trở nồi đun, luôn luôn phải chú ý mư ùc chất lỏng trong bình nhập liệu(1/3 nồi đun )

- Đóng cầu dao tổng của hệ thống , mở công tắc điện của nguồn chính, mởcông tắc gia nhiệt nồi đun, chờ nồi đun sôi tiến hành nhập liệu

- Nối đầu ống nhập liệu vào mâm muốn khảo sát, mở van NL, mở van vào

mâm cần nhập liệu,mở công tắc bơm nhập liệu, điều chỉnh lư u lư ợng nhập liệu(bằng nút điều chỉnh trên lư u lư ợng kế).Ở độ đọc thích hợp (theo giáo viên hư ớngdẫn) Nhiệt độ nhập liệu có thể điều chỉnh bằng nút nhiệt suất cung cấp cho dòngnhập liệu

- Mở bơm nư ớc cung cấp dòng làm nguội (Sư û dụng chung với bài ống lồngống) Trong quá trình chư ng cất không đư ợc tắt bơm này

- Trong quá trình thiết bị chư ng cấtđang hoạt động Các van SP,BNL sẽ đóng.

- Sản phẩm đỉnh thu đư ợc sẽ cho hòan lư u qua đỉnh tháp chư ng cất bằng cách ,

mở van HL1,HL2, mở công tắc bơm hoàn lư u, lư u lư ợng hòan lư u đư ợc điều chỉnh

qua lư u lư ợng kế hòan lư u ở độ đọc thích hợp ( theo GVHD ) Nhiệt độ hoàn lư ucó thể điều chỉnh bằng nút nhiệt suất cung cấp cho dòng hoàn lư u

- Khi sản phẩm trong bình thu sản phẩm đã đầy , tiến hành đo nồng độ sảnphẩm đỉnh bằng cách mở van cho vào ống đong và đo nồng độ rư ợu ,sau khi đoxong nồng độ , phải mở van hư ùng sản phẩm vào bình đư ïng cồn để tiến hành đomân kế tiếp (rư ơu trong ống đong cũng cho vào bình đư ïng cồn, không mở van

BNL để nồng độ nhập liệu không bị thay đổi )

- Khi thay đổi vị trí mâm nhập liệu , tháo đầy ống nhập liệu gắn vào mâm mới( mâm cần thí nghiệm ) , không cần thiết điều chỉnh lư u lư ợng Như ng cần tắtbơm nhập liệu và gia nhiệt nhập liệu

2 Ngừng máy :

+ Tắt gia nhiệt hoàn lư u , tắt bơm hoàn lư u

+ Tắt gia nhiệt nhập liệu, tắt bơm nhập liệu

+ Tắt gia nhiệt nồi đun

+ Tháo sản phẩm đỉnh vào bình nhập liệu cồn qua van

+ Tắt bơm dòng làm lạnh , khi không còn sản phẩm

+ Ngắt công tắt điện vào hệ thống

+ Ngắt cầu dao tổng của hệ thống chư ng cất

+ Có thể dùng loại sản phẩm đáy nếu rư ợu còn nhiều

V NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

1 Aûnh hư ởng của dòng hoàn lư u giư õ dòng nhập liệu ở độ đọc nhất địnhkhông đổi vào mâm số 4 (hoặc bất kỳ mâm khác) thí nghiệm 3 trị sốkhác nhau của dòng hoàn lư u ở 3 độ đọc khác nhau ( theo GVHD )

2 Aûnh hư ởng của vị trí mâm nhập liệu : Thay đổi 2 vị trí mới của mâmnhập liệu vào mâm số 2 và mâm số 5 (hoặc hai mâm khác với thí

nhgiệm 1) giư õ lư u lư ợng nhập liệu không đổi

3 Đo nhiệt độ dòng nhập liệu và nhiệt độ dòng hoàn lư u bằng đồng hồđiện tư û

4 Đo nồng độ nhập liệu và trong mỗi thí nghiệm mở van SP để lấy mẫusản phẩm vào ống đong và đo nồng độ bằng phù kế.

VI KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN :

1 Kết quả đo và tính toán ghi theo mẫu sau:

L.lượng dòng ml/ph

Độ chỉ phù kế Nhiệt độ đo

306090120

a Tìm số mâm lý thuyết bằng phư ơng pháp đồ thị Dùng mỗi đồ thị cho mỗitrư ờng hợp thí nghiệm.

b Tính hiệu suất tổng quát và hiệu suất mâm cho mỗi trư ờng hợp thí nghiệm

c Tư ø số mâm thư ïc vẽ trên đồ thị suy ra độ tinh khiết của sản phẩm đỉnh

VII TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1 Quá trình thiết bị tập 3 – Truyền khối (chư ơng 5 và chư ơng 7) Võ Văn Bang &Vũ Bá Minh , ĐHBK.TP.HCM 1997

2.Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1 và tập 2, đhbk hà nội ,1980

Điện Trở Đun

Nóng Dò ng

Hoà n Lư u

Dò ng Là m Nguội

Bình Chư ùa Sản Phẩm Đỉnh

Bộ Phận Ngưng Tụ Sản Phẩm

BÀI 3 TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

Thiết lập phư ơng trình cân bằng nhiệt lư ợng

II LÝ THUYẾT

Truyền nhiệt trong thiết bị dạng ống lồng ống là sư ï truyền nhiệt phư ùc tạpgiư õa hai lư u chất đư ợc ngăn cách bởi vách ngăn kim loại Phư ơng thư ùc truyềnnhiệt ở đây là truyền nhiệt đối lư u tư ø vách ngăn đến lư u chất (và ngư ợc lại) và dẫnnhiệt qua thành ống kim loại

Nhiệt lư ợng do dòng nóng tỏa ra:

G1, G2- Lư u lư ợng dòng nóng và dòng lạnh, kg/s

C1, C2- Nhiệt dung riêng của lư u chất, J/kg.độ

tv1, tR1- Nhiệt độ vào và ra của dòng nóng,0C

tv2, tR2- Nhiệt độ vào và ra của dòng lạnh,0C

Quá trình truyền nhiệt đư ợc biểu diễn bởi phư ơng trình:

Q = Kl*.tlog.L (2)Trong đó:

L - Chiều dài ống, m

Kl*- Hệ số truyền nhiệt dài theo thư ïc nghiệm, W/m2.độ

tlog– hiệu số nhiệt độ trung bình giư õa hai dòng lư u chất,0C

nΔtl

Δtln

nΔtl

L

Δt

 thì hiệu số nhiệt độ trung bình của hai dòng lư u chất có thể

đư ợc tính theo công thư ùc:

ΔtL

ΔttbΔtlog

1tr

dng

d.ln2

1trd1l

K

αλ

- hệ số dẫn nhiệt của kim loại làm ống, W/m.độ

db- Đư ờng kính lớp bẩn bám trên thành ống, m

rb– hệ số trở nhiệt của cặn bẩn, m2.độ/W

1,2- hệ số cấp nhiệt giư õa vách ngăn và các dòng lư u chất đư ợc tính

tư ø chuẩn số Nu

R.El.E

0,25)rt

Pr

P(

nr.P

meA.R

Nếu hai dòng lư u chất chuyển

động ngư ợc chiều thì tL và

tN đư ợc tính như hình 1

Trong đó

tL = tv2– tR1

tN = tR2– tv1

Đặc điểm bề mặt truyền nhiệt bao gồm độ nhám, hình dạng…

III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Hệ thống thiết bị thí nghiệm có 3 loại ống với kiểu kế cấu bề mặt truyền nhiệt như sau:

 Kiểu ống A: Loại ống có cánh tản nhiệt

 Kiểu ống B: Loại ống lồng ống mà lư u chất chảy ngang mặt ngoài củaống trong

 Kiểu ống C: Loại ống lồng ống đơn giản, lư u chất chảy dọc bề mặt củaống trong

Kích thư ớc các loại ống truyền nhiệt cho trong bảng 1

Bảng 1: Kích thước các loại ống truyền nhiệt trong bài thí nghiệm

Kiểu ống Đư ờng kính ống

trong, mm

Đư ờng kính ốngngoài, mm Chiều dài, mm

IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM:

Mở van 1 cho nư ớc vào thùng D khoảng 2/3

Bậc công tắc điện trở F, đun nư ớc cho tới lúc sôi

Đối với bài thí nghiệm này ta cố định lư u lư ợng dòng lạnh và cho thay đổidòng nóng để xét sư ï trao đổi nhiệt giư õa hai dòng lư u chất

1 Đối với ống B:

Điều chỉnh dòng lạnh:

Mở hoàn toàn van 2 và 6/ để đảm bảo rằng nư ớc có thể hoàn lư u lại thùngchư ùa

Đóng 3 van nóng 9N, 10N, 11 và mở 3 van lạnh 9L, 10L, 12

Mở bơm lạnh BL và mở van 8 để dòng lạnh vào ống B

Đóng hoàn toàn van 12 và điều chỉnh van 6/ để lư ợng nư ớc qua lư u lư ợng kếlà 8 l/phút

Mở lại van 12 đồng thời đóng hai van 9L, 10L để không cho dòng lạnh chảyqua lư u lư ợng kế Lư u ý rằng dòng lạnh chảy qua ống B lúc này là 8 l/phút

Điều chỉnh dòng nóng:

Mở 3 van nóng 9N, 10N, 11

Mở van 4 và đóng hai van 3, 5 để dòng nóng chảy vào ống B.

Bậc bơm BN sau đó đóng van 11 lại Điều chỉnh van 4 cho nư ớc qua lư uluợng kế là 4 l/phút

Đợi khoảng 2 phút, sau đó đo nhiệt độ đầu vào và ra của 2 dòng lư u chất ư ùngvới các nút trên thiết bị đo nhiệt độ

Tiếp tục điều chỉnh van 4 để tăng lư u lư ợng dòng nóng lên 8 và 12 l/phút, đonhiệt độ đầu vào và ra tư ơng tư ï như trên

Tắt bơm nóng BN

2 Đối với ống C

Đóng ba van nóng 9N, 10N, 11 và mở lại ba van lạnh 9L, 10L, 12

Mở van 7 và đóng van 8 để cho dòng lạnh chảy qua ống C

Đóng van 12 lại và điều chỉnh van 6/ để nư ớc chảy qua lư u lư ợng kế G là 8l/phút

Đóng 3 van nóng 9N, 10N, 11 và mở 3 van lạnh 9L, 10L, 12

Các bư ớc còn lại hoàn toàn tư ơng tư ï như đối với ống B

3 Đối với ống A

Do ống A chỉ có dòng nóng chảy qua nên các bư ớc thí nghiệm SV làm tư ơng

tư ï như trên

Các kết qủa thí nghiệm có thể lập vào bảng 2:

Bảng 2: Kết qủa thí nghiệm

Nhiệt độ dòngnóng

Nhiệt độ dònglạnh

Lư u lư ợng dòng

lạnh, l/ph

Lư u lư ợng dòngnóng, l/ph

Vào,0C Ra,0C Vào,0C Ra,0C

b4 - Tính hệ số truyền nhiệt dài theo lý thuyết theo (4) bằng cách tính hệsố cấp nhiệt1,2 như sau:

Xác định chế độ chảy của lư u chất bằng chuẩn số Re

μ

ρω tdd

Re

Trong đó:

,- khối lư ợng riêng và độ nhớt động học của lư u chất, kg/m3 và Pa.S

dtd– kích thư ớc hình học chủ yếu, m

4Ftd

d 

Với:

F – diện tích mặt cắt, m2

- chu vi mặt cắt ư ớt, m

Đối với ống B:

Chế độ chảy màng 5 < Re <103

0,25tPr

Pr0,38Pr0,50,5Re

Pr0,38Pr0,60,25Re

Pr0,37Pr0,80,023Re

Đối với ống C:

Chế độ chảy màng Re < 2300

PrGr

0,43Pr0,330,15Re

Pr0,43C.Pr

PrPr

0,43Pr0,80,021Re

C – hệ số phụ thuộc vào Re Có thể chọn C theo bảng 3:

l– hệ số phụ thuộc tỷ lệ l/d khi Re < 10.000,l cho trong bảng 4

Gr – chuẩn số Grashop

2

βΔt2

- hệ số giản nở thể tích

t – hiệu nhiệt độ giư õa thành ống và dòng lư u chất

Bảng 3: Các giá trị của C theo Re

 b5 - Lập bảng kết qủa tính Kl* và Kl theo chế độ chảy tư ø đó suy ra saisố giư õa Kl*và Kl.

 b6 - Dư ïng đồ thị Kl*, Kl theo Re

VI BÀN LUẬN

Sau khi tính toán và dư ïng các đồ thị, sinh viên tư ï đư a ra như õng nhận xét,đánh giá và bàn luận về kết quả thí nghiệm theo các nội dung sau:

Tổn thất nhiệt có đáng kể không Tại sao

Nguyên nhân gây ra sai số trong lúc làm thí nghiệm, ảnh hư ởng của sai sốđến kết qủa tính toán Biện pháp khắc phục

Giải thích sư ï khác nhau giư õa Kl* và Kl

Đư a ra một vài ư ùng dụng mô hình thí nghiệm trong thư ïc tế

7 TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1 Hư ớng Dẫn Thí Nghiệm Quá Trình và Thiết Bị– Trư ờng Đại Học BáchKhoa Thành Phố Hồ Chí Minh

2 Sổ Tay Tập II Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Chất– NXB KhoaHọc và Kỹ Thuật

- Ảnh hư ởng của vận tốc khí và lỏng lên độ giảm áp suất của dòng khí qua cột.

- Sư ï biến đổi của hệ số ma sát fck trong cột theo chuẩn số Reynolds Rec củadòng khí và suy ra các hệ thư ùc thư ïc nghiệm

- Sư ï biến đổi của thư øa số liên hệ giư õa độ giảm áp của dòng khí khi cột khô vàkhi cột ư ớt với vận tốc dòng lỏng

II LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM:

1 Cấu tạo:

Tháp đệm là một tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bíchhay hàn Vật đệm đư ợc đổ đầy trong tháp theo một trong hai phư ơng pháp: xếpngẫu nhiên hay xếp thư ù tư ï

Vật đệm sư û dụng gồm nhiều loại khác nhau, phổ biến nhất là một trong số cácvật loại sau:

 Vòng Raschig: hình trụ rỗng bằng sư ù, kim loại hoặc như ïa

 Vật đệm hình yên ngư ïa

 Vật đệm vòng xoắn

Yêu cầu chung của các loại vật đệm là phải có diện tích bề mặt riêng lớn(m2/m3 tầng đệm), ngoài ra độ rỗng (hay thể tích tư ï do, m3/m3 tầng đệm) lớn đểgiảm trở lư ïc pha khí Vật liệu chế tạo phải có khối lư ợng riêng nhỏ và bền hóahọc

2 Sự chuyển động của lưu chất qua tháp đệm:

Khi chất lỏng chuển động tư ø trên xuống và pha khí chuyển động tư ø dư ới cóthể xảy ra 4 chế độ thủy lư ïc sau: chế độ màng, chế độ treo, chế độ nhũ tư ơng vàchế độ kéo theo Trong ba chế độ chảy màng, treo và nhũ tư ơng thì pha khí là phaliên tục chiếm tất cả không gian còn lại trong tháp còn chất lỏng chảy theo bề mặtđệm và là pha phân tán Ơû chế độ kéo theo (hay chế độ sủi bọt thì pha lỏng chiếmtoàn bộ thể tích tư ï do và như vậy pha lỏng là pha liên tục còn pha khí là pha phântán

Độ giảm áp khi cột khô:

Độ giảm áp Pc của dòng khí qua tháp đệm phụ thuộc vào vận tốc khối

lư ợng G của khí khi cột khô (không có dòng lỏng chảy ngư ợc chiều) Khi dòng khíchuyển động trong các khoảng trống giư õa các vật đệm tăng dần vận tốc thì độgiảm áp cũng tăng theo, sư ï gia tăng này theo lũy thư øa tư ø 1,8 đến 2 của vận tốcdòng khí:

 Pc ~ Gn (Với n = 1,8 2) (1)Nếu chia hai vế phư ơng trình (1) cho chiều cao cột đệm Z và lấy logarit haivế ta đư ợc:

lg Pc/Z = nlgG – lgZ

Đây là phư ơng trình đư ờng thẳng có hệ số góc n

Độ giảm áp khi cột ướt:

Khi có dòng lỏng chảy ngư ợc chiều, các khoảng trống bị thu nhỏ lại và dòngkhí di chuyển khó khăn hơn vì một phần thể tích tư ï do bị lư ợng chất lỏng chiếm

cư ù Trong giai đoạn đầu (dư ới điểm A), lư ợng chất lỏng bị giư õ lại trong tháp làkhông đổi theo tốc độ khí mặc dầu lư ợng chất lỏng này tăng theo suất lư ợng phalỏng Trong vùng giư õa A và B, lư ợng chất lỏng bị giư õ lại trong tháp tăng nhanhtheo tốc độ khí, các chổ trống trong tháp nhỏ dần và độ giảm áp của pha khí tăngnhanh Vùng này gọi là vùng gia trọng, điểm B gọi là điểm gia trọng Tại B, nếutiếp tục tăng tốc độ pha khí (ư ùng với một suất lư ợng pha lỏng không đổi) thì sẽ cóhiện tư ợng pha khí sủi bọt qua lớp chất lỏng tại bề mặt lớp vật đệm và tạo ra sư ïđảo pha tư ø pha khí (liên tục) – pha lỏng (phân tán) thành pha khí (phân tán) –pha lỏng (liên tục) Lúc đó hiện tư ợng pha khí lôi cuốn chất lỏng tăng mạnh vàtháp ở trạng thái ngập lụt, độ giảm áp của pha khí tăng rất nhanh Điểm bắt đầuvùng ngập lụt thư ờng đư ợc xác định bằng sư ï thay đổi hệ số góc của đư ờng biểudiễn Trong thư ïc tế tháp thư ờng đư ợc vận hành trong vùng gia trọng, gần điểmngập lụt

Hình 1: Ảnh hư ởng của G và L đốivới độ giảm áp Pc của pha khítrong tháp đệm ngẫu nhiên.

III THỪA SỐ MA SÁT F CK THEO RE C KHI CỘT KHÔ:

Shilton và Colburn đư a ra một hệ thư ùc liên hệ giư õa độ giảm áp của dòng khíqua cột chêm khô với vận tốc khối lư ợng của dòng khí qua cột:

Pck = 2fck G2

G

Z

Dp pw , mN2 (2)Trong đó:

Z: chiều cao phần chêm, m

G: vận tốc khối lư ợng dòng khí qua cột, Kg/m2.s

Dp: kích thư ớc đặc trư ng của vật chêm, m

p: hệ số điều chỉnh dùng cho vật chêm rỗng (như vòng sư ù, Raschig ) thay

vì các vật chêm đặc

w: hệ số điều chỉnh ảnh hư ởng của thành cột lên độ xốp của tầng chêm

Sherwood tổng hợp kết quả của một số nghiên cư ùu và đư a ra trị số sau chovòng sư ù 12,7mm:

p = 0,35

w = 1,0

Tuy nhiên Zhavoronkov đề nghị một hệ thư ùc khác khá đúng hơn vì đã đư a

đư ợc trị số độ xốp của tầng chêm vào hệ thư ùc:

: độ rỗng hay độ xốp (không thư ù nguyên)

a: diện tích bề mặt riêng của vật chêm, m2/m3

Thư øa số ma sát fck là hàm số theo chuẩn số Re với Re đư ợc định nghĩa:

Trong đó:

- độ nhớt của dòng khí, Kg/m.s

Zhavoronkov đã xác định đư ợc khi dòng khí chuyển tư ø chế độ chảy tầng sangchảy rối ư ùng với trị số Rec = 50 Trong vùng chảy rối 50 < Re < 7000 với cộtchêm ngẫu nhiên thì

0,2Re

3,8ck

f 

Trong vùng chảy dòng Re < 50 thì hệ số ma sát có thể tính theo công thư ùc:

Re

140ck

f 

Tuy nhiên các hệ thư ùc tổng quát trên không đư ợc chính xác lắm vì không kể

đư ợc toàn bộ ảnh hư ởng của hình dạng vật chêm

IV ĐỘ GIẢM ÁP P CƯ KHI CỘT ƯỚT:

Sư ï liên hệ giư õa độ giảm áp khôPck và ư ớtPcư có thể viết như sau:

Do đó có thể dư ï kiến:

Với tùy thuộc vào vận tốc khối lư ợng của dòng lỏng L (Kg/m2s)

Leva đề nghị ảnh hư ởng của L lên như sau:

hay log =L (9)

Với tùy thuộc loại, kích thư ớc, cách thư ùc đặt vật chêm và mư ùc độ của L.Thí dụ với vật chêm vòng Raschig 12,7mm, chêm ngẫu nhiên, độ xốp = 0,586, L

tư ø 0,39 đến 11,7 Kg/m2.s và trong vùng dư ới điểm gia trọng: = 0,84

V ĐIỂM LỤT CỦA CỘT CHÊM:

Khi cột chêm lụt, gọi trị số G tư ơng ư ùng với điểm này là G*, các dòng chảykhông còn đều đặn, áp suất dao động mạnh; hiện tư ợng này bất lợi cho sư ï hoạtđộng của cột Zhavoronkov kết luận rằng điểm lụt xảy khi có một sư ï liên hệ nhấtđịnh giư õa hai nhóm số sau (riêng cho mỗi cột):

1 =fck3.av2

2g

G

L ()0,2 (10)

2 = GL G

Trong đó

fck: đư ợc tính tư ø hệ thư ùc liên lạc với Rec

v: vận tốc dài của khí ngay trư ớc khi vào cột chêm

1: độ nhớt tư ơng đối của chất lỏng so với nư ớc

1 =lỏng/nư ớc = 1 nếu chất lỏng là nư ớc

Do đó sư ï liên hệ giư õa 1 và2 trên giản đồ log - log sẽ xác định một biểu đồlụt của cột, phân định giới hạn hoạt động của cột ở dư ới đư ờng này

Hình 2: Biểu đồ lụt của cột chêm

VI PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM:

Trư ớc khi thí nghiệm, mở hoàn toàn hai van VK1 và van VL2 , các van còn lạiđều đóng

Mở bơm lỏng BL đồng thời mở van VL3 để cho nư ớc vào 2/3 ống chỉ mư ïc chấtlỏng bằng cách điều chỉnh van VL4

Bậc bơm khí BK , mở tư ø tư ø van VK2 và đóng tư ø tư ø van VK1 để tăng lư ợng khívào tháp nhằm thổi hết lư ợng nư ớc còn đọng trong các khe của vật đệm Saukhoảng thời gian 5 phút, mở van VK1 và đóng van VK2 chuẩn bị làm thí nghiệmkhi cột khô

Đo độ giảm áp khi cột khô:

Mở dần van VK2 để tăng lư ợng khí qua cột Đọc 6 giá trịPck trên áp kế chư õ

U theo cm cột nư ớc ư ùng với 6 trị số G ở điều kiện ổn định sau đó Đóng lại van

VK2 lại

Đo độ giảm áp của dòng khí khi cột ư ớt:

log  2

log  1

Bậc bơm lỏng BL , điều chỉnh van VL3 để giư õ lư u lư ợng lỏng không đổi qua

lư u lư ợng kế vào cột Mở van tháo VL4và VL5nếu cần sao cho vẫn duy trì mư ïc

nư ớc trong ống chỉ mư ïc chất lỏng là 2/3

Tăng dần lư u lư ợng khí G và đọcPcư theo cm cột nư ớc tại áp kế chư õ U tư ơng

tư ï như làm thí nghiệm cột khô Lặp lại 5 giá trị khác nhau của L

Tắt bơm BLtrư ớc rồi tắt bơm Bk sau để tránh nư ớc tràn vào đư ờng ống dẫnkhí

1 log(Pck/Z) theo logG và log(Pcư/Z) theo logG

2 logfck theo logRe

3 log theo L (tại vài trị số của G dư ới điểm gia trọng)

3 Bàn luận:

Aûnh hư ởng của G lên độ giảm áp khi cột khô và khi cột ư ớt

Mục đích và cách sư û dụng giản đồ f theo Re

Sư ï liên hệ giư õa các đối tư ợng khảo sát có theo như dư ï đoán không, nếu khônggiải thích lý do

Nêu vài ư ùng dụng của mô hình trong thư ïc tế

VIII TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh - Truyền Khối Tập 3 – Trư ờng Đại HọcKỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

2 Tài liệu thí nghiệm qt & tb trư ờng đại học kỹ

3 Trần xoa, Nguyễn Trọng Khuôn, Hồ Lê Viên - Sổ tay quá trình và thiết

bị công nghệ hóa chất– nxb khoa học và kỹ thuật

BÀI 5 THỜI GIAN LƯU

1- Bơm lỏng 2- Thù ng chư ùa 3- Cột chư ùa nư ớc 4- Lưu lư ợng kế lỏng 5- Cột chư ùa đệm 6- Áp kế chư õ U 7- Ố ng chỉ mực chất lỏng 8- Lưu lư ợng kế khí 9- Quạt thổi khí

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THÁP ĐỆM

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM :

a) Khảo sát thời gian lư u của hệ thống bình khuấy mắc nối tiếp theo mô hình dãyhộp

b) Xác định hàm phân bố thời gian lư u thư ïc với phổ thời gian lư u lý thuyết

c) Tìm hiểu các cận của mô hình dãy hộp và thông số thống kê của mô hình thínghiệm

II LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM :

1 Thời gian lưu:

Định nghĩa : Thời gian lư u của một phần tư û trong hệ là thời gian phần tư û đó

lư u lại trong bình phản ư ùng hay trong thiết bị phản ư ùng bất kỳ cần khảo sát.Như õng phần tư û lư u chất khác nhau sẽ đi như õng quãng đư ờng khác nhau trongthiết bị và mất như õng khoảng thời gian khác nhau Dư ïa trên các hàm phân bố thờigian lư u xác định, ta có thể đánh giá tư ơng quan về dòng chuyển động trong thiết

bị, các như ợc điểm khi thết kế như vùng chảy tù, chảy tắt, phân lớp tư ø đó mà takhắc phục như ợc điểm của thiết bị

Dư ïa trên phổ thời gian lư u mà ta có thể vận hành tối ư u và qua đó thiết lậpcác thông số, phư ơng pháp điều khiển cũng như tối ư u hóa trong thiết bị

Thời gian thu gọn

V

vt t t

Với : V là thể tích của hệ bình phản ư ùng

v là lư u lư ợng của dòng lư u chất vào thiết bị phản ư ùng

2 Các phương pháp đánh dấu:

Để đo thời gian lư u, mà trong thời gian đó một phần tư û xác định lư u lạitrong một hệ dòng chảy, ngư ời ta phải phân biệt nó với các phần tư û khác bằngcách đánh dấu Các phần tư û đánh dấu phải có đặc điểm là không đư ợc ảnh

hư ởng và khác biệt với các phần tư û tạo nên tư ơng quan trong hệ

Các loại chất chỉ thị đánh dấu đối với môi trư ờng lỏng có thể là: Dung dịchmàu, các chất phóng xạ, các chất đồng vị phóng xạ ổn định, các hạt rắn phátsáng

Các loại chất chỉ thị thích hợp với tính chất của các phần tư û trong hệ phải có

,, D thích hợp Khi có các chất chỉ thị thích hợp ta có thể để nó vào hệ theo haikiểu :

 Tín hiệu ngẫu nhiên

 Tín hiệu xác định : tín hiệu tuần hoàn và tín hiệu không tuần hoàn

Để khảo cư ùu thiết bị, ngư ời ta thư ờng dùng loại tín hiệu xác định không tuầnhoàn, loại tín hiệu này có thể đư ợc tạo ra nhờ :

 Đánh dấu bằng va chạm (tín hiệu xung)

 Đánh dấu bằng cách cho nhập liệu vào liên tục một lư ợng xác định (tín hiệubậc)

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

Trong thí nghiệm này ta sư û dụng loạiđánh dấu bằng va chạm (xung).

Loại đánh dấu này thư ờng thích hợp cho các chất chỉ thị là các chất màu

Ta có thể biểu diễn hàm phân bố mật độ xác suất thời gian lư u :

ra I

3 Bình phản ứng lý tưởng:

a) Bình khuấy lý tư ởng: Bình khuấy lý tư ởng có tính chất là quá trình khuấy trộnlà hoàn toàn do đó hỗn hợp phản ư ùng đồng nhất trong tất cả các phần của thiết bịvà giống với dòng ra Điều này có ý nghĩa là phân tố thể tích trong các phư ơngtrình liên quan có thể đư ợc lấy là thể tích V của toàn thiết bị phản ư ùng

b) Bình ống lý tư ởng: Bình ống lý tư ởng có tính chất của dòng chảy thay đổi theophư ơng dọc trục (tư ø đầu vào đến đầu ra) chỉ do quá trình phản ư ùng Các điểm trêncùng một tiết diện vuông góc với phư ơng dọc trục đều có cùng một tính chất

d) Mô hình dãy hộp: Khi nối các bình khuấy trộn lý tư ởng lại với nhau ta có môhình dãy hộp Tổng quát, với mô hình dãy hộp n bình mắc nối tiếp, ta có hàmphân bố thời gian lư u lý thuyết (hàm đáp ư ùng) như sau :

Vẽ hàm đáp ư ùng Cn theo các giá trị n khác nhau, ta có đồ thị như hình duới

Ta thấy rằng khi :

 n = 1 phổ của hàm đáp ư ùng là phổ của bình khuấy lý tư ởng

 n  phổ của hàm đáp ư ùng là phổ của bình ống lý tư ởng

4 Xác định nồng độ bằng cách đo mật độ quang:

Tỷ số C/C0 hoàn toàn có thể thay bằng tỷ số D/D0 nên ta chỉ cần đo mật độquang thay cho việc đo nồng độ

Cơ sở là định luật Lambert - Beer :

D =.b.c = k.C = 2 - lg(T%)

 : hệ số hấp thu mol (l/mol.cm)

b : chiều dày cuvert chư ùa mẫu (cm)

C : nồng độ mẫu (mol/l)

k : hệ số tỷ lệ

T : độ truyền suốt (%)

 Thiết lập hệ thống bình khuấy ở trạng thái hoạt động ổn định.

Phổ đáp ứng của mô hình dãy hộp lý tưởng ứng với các giá trị n khác nhau.

1 Thùng chứa

2 Bơm

3 Van

4 Bình cao vị

5 Lưu lượng kế

6 Hệ thống bình khuấy

7 Trục và cách khuấy

8 Oáng chảy tràn

9 Oáng thông nhau

10 Nước vào.

 Xác định thời gian lư u theo phư ơng pháp đánh dấu bằng va chạm (xung) Chấtchỉ thị là chất màu đư ợc cho vào hệ thống tại thời điểm t = 0 (ư ùng với nồng độ

C0), mẫu đư ợc lấy ra tại các thời điểm xác định và đư ợc đo nồng độ (C)

 Màu đư ợc cho vào bình thư ù 1 và mẫu đư ợc lấy ra tư ø bình cuối cùng

 Nồng độ màu C đư ợc thay bằng mật độ quang D Mật độ quang đư ợc đo bằngmáy đo độ truyền suốt ánh sáng (T) có bư ớc sóng  = 490 nm Tỷ số C/C0hoàn toàn có thể thay bằng tỷ số D/D0

 Lần lư ợt tiến hành thí nghiệm với hệ thống 1, 2, 3 bình khuấy mắc nối tiếp.b) Phư ơng pháp

 Bơm nư ớc tư ø bồn chư ùa lên bồn cao vị cho đến khi có nư ớc trong ống chảy tràn

 Mở van cho nư ớc chảy vào hệ thống bình khuấy, chỉnh lư u lư ợng dòng chảyvào và ra với lư u lư ợng 0.3 LPM

 Hệ một bình: cho nư ớc vào đầy bình ( mư ïc nư ớc trong bình giư õ cố định tạivạch h = 105mm, d=120mm), cho cánh khuấy hoạt động Khi hệ thống hoạtđộng ổn định (lư u lư ợng nư ớc vào, ra không đổi và bằng nhau) thì ta dùngpipet hút 5ml mư ïc đỏ cho nhanh vào phía trên của bình khuấy, cho cánh khuấyhoạt động trong khoảng vài phút, sau đó lấy mẫu để xác định D0

 Lập lại thí nghiệm, khi cho mư ïc đỏ vào binh khuấy thì ta tính thời điểm t = 0,sau đó cư ù cách một khoảng thời gian xác định( 30s ), ta lấy mẫu và xác định

Di Việc lấy mẫu kết thúc khi nư ớc trong bình hết màu (đỏ) và độ truyền suốt

T gần bằng 100%

 Đối với các hệ 2, 3 bình, cách làm cũng tư ơng tư ï hệ một bình, lư u ý là cho mư ïcđỏ vào bình đầu tiên và lấy mẫu ra ở bình cuối cùng, lư u lư ợng đối với các hệphải giống nhau, thể tích mỗi bình trong hệ và giư õa các hệ phải bằng nhau

 Đối với máy so màu: dùng nư ớc trắng (không có màu) để chuẩn máy và quiđịnh đối với mẫu trắng độ truyền suốt là T= 100% Cuvett chư ùa mẫu phải luônsạch và khô ráo, bên trong ống không đư ợc có bọt khí, sau mỗi lần chư ùa mẫuphải tráng lại bằng nư ớc sạch Đo khoảng 10 mẫu thì dùng mẫu trắng để chuẩnmáy lại nhằm tránh sai số

i i i K

i i

b) Lý thuyết:

v với V : tổng thể tích hệ thống khảo sát (l)

v : lư u lư ợng dòng chảy (l/s)

 Tính thời gian lư u rút gọn:

D

D C

C C

 Mật độ quang: D = 2 - lg (T%)

 Mật độ quang ban đầu của mỗi hệ:

nn

0  0 với: n là số bình khuấy mắc nối tiếp

D0 là mật độ quang ban đầu đo đư ợc ở hệ một bình khuấy

b) Bảng số liệu: