Báo cáo thực hành kỹ thuật thực phẩm ( IUH)

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch chứa chất tan không bay hơi bằng cáchtách một phần dung môi ở nhiệt độ sôi.. Nhiệt độ sôi của dung dịch là thông số kỹ thuật rất quan t

Mục lục

1 QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 3

1.1 Mục Đích Thí Nghiệm 3

1.2 Cơ Sở Lí Thuyết 3

1.2.1 Nhiệt Độ Sôi Của Dung Dịch 3

1.2.2 Cô Đặc Một Nồi Làm Việc Gián Đoạn 3

1.2.3 Cân Bằng Vật Chất Và Năng Lượng 4

1.2.3.1 Nồng Độ 4

1.2.3.2 Cân Bằng Vật Chất 4

1.2.3.3 Cân Bằng Năng Lượng 5

1.3 Tiến hành thí nghiệm 7

1.3.1 Các thiết bị sử dụng trong thiết bị cô đặc 7

1.3.2 Tiến hành 7

1.4 Số Liệu Và Xử Lý Số Liệu Thực Nghiệm 8

1.4.1 Kết quả thí nghiệm 8

1.4.2 Kết quả xử lý số liệu 8

1.5 Nhận Xét Và Bàn Luận 8

2 SẤY ĐỐI LƯU 13

3 CHƯNG CẤT 23

3.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 23

3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23

3.2.1 Hiệu suất: 23

3.2.2 Mối quan hệ giữa hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất mâm tổng quát 24

3.2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ THIẾT BỊ 24

3.3 Các Bước Tiến Hành Thí Nghiệm 25

3.4 Thực nghiệm 25

3.4.1 Kết quả thí nghiệm: 25

3.4.2 Kết quả 25

3.4.3 Xử lý kết quả thí nghiệm 26

3.5 Đồ thị 29

3.6 Bàn luận và nhận xét 31

4 MẠCH LƯU CHẤT 39

4.1 Mục đích 39

4.2 Cơ sở lý thuyết: 39

4.3.1 Trở lực cục bộ: 40

4.3.2 Đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp biến thiên: 40

4.3.3 Ống Pitot: 40

4.3 Tiến hành thí nghiệm 40

4.3.4 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống 41

4.3.5 Thí nghiêm 2: Xác định trở lực cục bộ 41

4.3.6 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp 41

4.4 Kết quả thí nghiệm: 42

4.4.1 Xác định ma sát của chất lỏng với thành ống 42

4.4.2 Xác định trở lực cục bộ 43

4.4.3 Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn, Ventury và ống Pitot .44 4.5 Xử lý số liệu: 44

4.5.1 Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống: 44

4.5.2 Xác định trở lực cục bộ 46

4.5.3 Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn, Ventury và ống Pitot .48 4.6 Nhận xét và bàn luận: 48

5 BƠM LY TÂM 50

5.1 Mục đích thích nghiệm 50

5.2 Cách tiến hành 50

5.3 Thực nghiệm 53

5.3.1 TN1: Xác định các thông số đặc trưng 53

5.3.2 TN2: Xây dựng các đường đặc tuyến tổng hợp 55

5.3.3 TN4: Ảnh hưởng của cột áp hút (Hiện tượng xâm thực) 60

5.3.4 TN5: Xây dựng đường đặc tuyến hệ thống và xác định điểm làm việc 63

5.4 Nhận xét – Bàn luận 65

Tài liệu tham khảo 66

- Giúp sinh viên hiểu rõ về quá trình và thiết bị cô đặc

- Vận hành được hệ thống thiết bị cô đặc, đo đạc các thông số của quá trình

- Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng cho quá trình cô đặc gián đoạn

- So sánh năng lượng cung cấp cho quá trình theo lý thuyết và thực tế

- Xác định năng suất và hiệu suất của quá trình cô đặc

- Xác định hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch (chứa chất tan không bay hơi) bằng cáchtách một phần dung môi ở nhiệt độ sôi Dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ.Mục đích của quá trình cô đặc

- Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch

- Tách chất rắn hòa tan ở dạng rắn (kết tinh)

- Tách dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất)

Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, tương ứng với mọi áp suất khác nhau (áp suấtchân không, áp suất thường – hệ thống thiết bị để hở hay áp suất dư)

Nhiệt độ sôi của dung dịch là thông số kỹ thuật rất quan trọng khi tính toán và thiết kế thiết

Trong thực tế cô đặc một nồi tường ứng dụng khi năng suất nhỏ và nhiệt năng không có giátrị kinh tế Cô đặc một nồi có thể thực hiện theo hai phương pháp sau:

- Dung dịch cho vào một lần rồi cho bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bị giảm dần chođến khi nồng độ đạt yêu cầu

Nhưng trong thí này, nhóm em chỉ thực hiện theo phương pháp 1.

Phương trình cân bằng vật chất tổng quát

Lượng chất vào + lượng chất phản ứng = lượng chất ra + lượng chất tích tụ

Đối với quá trình cô đặc

- Không có lượng tích tụ

- Không có phản ứng hóa học nên không có lượng phản ứng

Do đó phương trình cân bằng vật chất được viết lại là:

Lượng chất vào = Lượng chất ra

Đối với chất tan

Khối lượng chất tan vào = Khối lượng chất tan ra

M b E: khối lượng dung dịch trong nồi đun (kg)

[∁¿ ¿b E: nồng độ ban đầu của chất tan trong nồi đun (kg/kg)

[ ∁ ] b S: nồng độ cuối cùng của chất tan trong nồi đun (kg/kg)

M vap: khối lượng dung môi bay hơi (kg)

Phương trình cân bằng năng lượng tổng quát

Năng lượng mang vào = Năng lượng mang ra + Năng lượng thất thoát

Để đơn giản trong quá trình tính toán, chúng ta coi như không có mất mát năng lượng

Khi xét phương trình cân bằng năng lượng này, ta chia quá trình cô đặc ra làm 2 giai đoạn làgiai đoạn đun sôi dung dịch và giai đoạn bốc hơi dung môi để có thể dễ dàng tính toán

Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình

Năng lượng dung dịch nhận được

)

Năng lượng so nồi đun cung cấp cho quá trình Q K 1đặc trưng cho năng lượng mang vào, năng

lượng dung dịch nhận được Q1 đặc trưng cho năng lượng mang ra Do vậy phương trình cân bằngnăng lượng trong trường hợp này là (bỏ qua tổn thất năng lượng và nhiệt thất thoát thông quanước giải nhiệt)

Đối với giai đoạn bốc hơi dung môi

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình

Năng lượng dung dịch nhận được

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình Q K 2đặc trưng cho năng lượng mang vào, năng

lượng nước nhận được để bốc hơi Q2

Cân bằng năng lượng tại thiết bị ngưng tụ

Các phương trình cân bằng năng lượng giúp ta so sánh giữa lý thuyết với thực nghiệm

Trong đó

Q K 1: nhiệt lượng nồi đun cấp cho quá trình đun nóng (J)

Q K 2: nhiệt lượng nồi đun cấp cho quá trình hóa hơi dung môi (J)

Q ng: nhiệt lượng nước giải nhiệt nhận được ở thiết bị ngưng tụ (J)

W1: Công suất điện trở nồi đun sử dụng cho quá trình đun nóng (W)

W2: Công suất điện trở nồi đun sử dụng cho quá trình hóa hơi (W)

τ1: Thời gian thực hiện quá trình đun sôi dung dịch (s)

τ2: Thời gian thực hiện quá trình hóa hơi (s)

i vap: Hàm nhiệt của hơi nước thoát ra trong quá trình ở áp suất thường (J/kg)

r vap: Ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất thường (J/kg)

(T S−T E): Chênh lệch nhiệt độ của nước ra và vào ở giai đoạn bốc hơi (oC)

(T sdd−T b E

): Chênh lệch giữa nhiệt độ sôi và nhiệt độ đầu của dung dịch (oC)

G H2O: Lưu lượng nước vào thiết bị ngưng tụ (m3/s)

ρ H2O: khối lượng riêng của nước (kg/m3)

C H2O: nhiệt dung riêng của nước (J/kg.K)

C p: nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.K)

1.3.1 Các thiết bị sử dụng trong thiết bị cô đặc.

Nồi đun

Thiết bị gia nhiệt

Các tên điều khiển

Nạp 7 lít dung dịch CuSO4.5H2O vào nồi đun có điện trở để gia nhiệt công suất

Mở van nước để cung cấp nước cho thiết bị ngưng tụ ở đỉnh tháp với lưu lượng 150 l/h giúpngưng tụ môi chất thành lỏng

Đóng van hoàn lưu

Điều chỉnh nhiệt độ ở công suất 100% và bắt đầu canh giờ

Khi dung dịch trong nồi đun sôi sẽ có dòng hơi bốc lên đỉnh tháp đi quá ống xoắn ruột gàdòng hơi sẽ chuyển thành điện lỏng

Nhờ van hoàn lưu đóng sẽ giúp lượng môi chất quay ngược lại nồi đun

Đợi khi nhiệt độ ổn định trong một vài phút ta ghi lại thời gian và bắt đầu hạ công suất điện

trở xuống còn 75%

Mở van hoàn lưu để thu lượng môi chất chảy từ trên đỉnh tháp xuống phiểu lọc

Canh thời gian để lượng môi chất ở phiểu khoảng 2 lít thì ghi lại thời gian và nhiệt độ

Đóng van nước và tắt các thiết bị điều khiển

Xả dung dịch trong nồi đun và đo lại nồng độ trong dung dịch

Làm vệ sinh thiết bị sau khi thực hành

Thời điểm

Đại lượng đo

Ban đầu Đun sôi

Ta thấy nồng độ ban đầu của chất tan trong nồi đun ([C¿¿b E]=0.027(kg/kg )¿, nhỏ hơn

nồng độ cuối cùng của chất tan trong nồi đun([C¿¿b S]=0.046(kg/kg)¿)

Ngoài ra, ta thấy khối lượng dung dịch còn lại theo thực tế (4.1695 kg¿thấp hơn khối lượng

còn lại theo lý thuyết (5.109 kg¿, khối lượng hơi thứ theo thực tế ( 2 lít=2 kg) nhỏ hơn khốilượng hơi thứ theo lý thuyết là (2.9341 kg)

Ở cả hai giai đoạn đun sôi và bốc hơi ta thấy năng lượng mà nồi đun cung cấp cho quá trìnhthấp hơn hơn so với năng lượng mà dung dịch nhận được

Nguyên nhân dẫn đến những chênh lệch trên là do:

-Trong quá trình cô đặc nước bốc hơi bị thất thoát trong quá trình ngưng tụ tại thiết bị ngưng

tụ, trong quá trình rót dung dịch vào nồi bị đọng lại trên dụng cụ đong, sau khi cô đặc xong ta xảlấy dung dịch ra thì vẫn còn một lượng dung dịch đọng trong nồi

-Do nồng độ dung dịch CuSO4 đậm đặc nên trước khi đem đo quang ta cần pha loãng dungdịch nên cũng gây ra sai số trong tính toán

-Do thiết bị đã được sử dụng lâu ngày nên năng suất làm việc giảm cũng gây ra sai số hệthống trong quá trình làm việc

Các nguyên nhân gây sai số và cách khắc phục.

Có nhiều cách để nhập liệu nhưng chính sác nhất là ta đong vào ống đong cho đủ 7 lít rồi đổvào nồi đun

Thiết bị làm chủ yếu để quan sát, không coi bộ phận cách nhiệt nên lượng nhiệt thất thoát rangoài là rất lớn và rất khó tính toán chính xác căn bằng năng lượng Ngoài ra việc sử dụng đầu

dò đo nồng độ gây sai số rất lớn, vì vậy để chắc ăn là ta lấy một lương dd đi sấy khô hoặc tốt hết

là nung 3000C trong 30 phút để chuyển về tinh thể CuSO4 trắng và đem cân, bấm máy tính là ranồng độ Trong thí nghiệm của em sử dụng phương pháp sấy thì vẫn còn tinh thể CuSO4.5H2O

và phải chờ trong thời gian lâu Đo nồng độ một lần chưa đủ, ta có thể đo tổng cộng 3 lần để kếtquả chính xác hơn

Phụ lục

Khối lượng 100ml dung dịch mẫu lúc đầu: m1=101.48(g)

Khối lượng dung dịch mẩu đầu trong 7000ml: m b E=7103.6(g)

Khối lượng 100ml dung dịch mẫu lúc cuối: m b S=102.18(g)

Sau khi có được ta đo được độ hấp thụ của dung dịch thì dựa vào đường chuẩn ta xác địnhđược nồng độ dung dịch CuSO4 (trang 99 trong tài liệu tham khảo [2])

[C¿¿b S]=C c

471021.8=0.046 (kg /kg)¿Khối lượng dung dịch còn lại theo thực tế:

5.1090)×100=18.4 %Vậy tổng lượng thể tích dung dịch còn lại theo thực tế được tính như sau:

V tt=V l t−V¿× H %

100 =5−

5 × 18.4

100 =4.08(l)Năng suất quá trình cô đặc

Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch

Năng lượng nồi đun cung cấp cho quá trình (Thực nghiệm)

Với C H2Onhiệt dung riêng của nước

Vì nhiệt độ ban đầu của dung dịch là 29.9℃

Tra bảng

Đối với giai đoạn bốc hơi dung dịch

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình hóa hơi dung môi (Thực nghiệm)

Q K 2=W2× τ2=1500 ×3900=5.85 × 106(J )=5850(kJ )

Năng lượng nước nhận được để bốc hơi (lý thuyết)

Q2=M vap ×i vap=2.9341 ×2677 ×103=7.855× 106

(J )

Cân bằng năng lượng tại thiết bị ngưng tụ

Nhiệt lượng nước giải nhiệt Q ngnhận được ở thiết bị ngưng tụ

Q ng=M vap × r vap=2.9341×2264 ×103=6.645 × 106(J )

⇒Tổng năng lượng nhận được trong giai đoạn bốc hơi dung môi đặc trưng cho năng lượngmang ra là

Q2+Q ng=7.855 ×106+6.645× 106=14.5 ×106(J )

o Xác định đường cong sấy

o Xác định đường cong tốc độ sấy

o Giá trị độ ẩm tới hạn, tốc độ sấy đẳng tốc, hệ số sấy

Khảo sát sự biến đổi thông số không khí ẩm và vật liệu sấy của quá trình sấy lý thuyết

Xác định không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy lý thuyết

So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và quá trình sấy lý thuyết

2.2 Cơ sở lý thuyết

Quá trình sấy gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn đốt nóng vật liệu : nếu ban đầu nhiệt độ của vật liệu thấp hơn nhiệt độ bay hơi đoạn nhiệt của không khí thì giai đoạn đốt nóng vật liệu tăng lên Trong giai đoạn này hàm ẩm của vật liệu thay đổi rất chậm và thời gian diễn tiến giai đoạn này nhanh kết thúc Nếu vật liệu có độ dày nhỏ thì thời gian diễn ra giai đọa này không đáng kể

Giai đoạn sấy đẳng tốc: Sau giai đoạn sấy đốt nóng, hàm ẩm của vật liệu giảm tuyến tính theo thời gian Hàm ẩm của vật liệu giảm theo đơn vị thời gian là tốc độ sấy d ´X

đoạn này Giai đoạn này kéo dài cho đến khi hàm ẩm của vật liệu đạt giá trị Xk nào đấy thì kết thúc

Giai đoạn giảm tốc: khi độ ẩm của vật liệu đạt giá trị tới hạn Wk thì tốc độ sấy bắt đầu giảm dần và đường cong sấy bắt đầu chuyển từ đường thẳng sang đường cong tiệm cận dần tiến đến

độ ẩm cân bằng của vật liệu trong điều kiện của quá trình sấy Khi độ ẩm của vật liệu đạt tới độ

ẩm W thì hàm ẩm của vật liệu không giảm nữa và tốc độ sấy kết thúc, tốc độ sấy bằng 0 Quá trình sấy kết thúc Tốc độ sấy trong giai đoạn này thay đổi khác nhau tùy thuộc vào tính chất và dạng vật liệu Trong giai đoạn này Jm khác const, hệ số trao đổi ẩm thay đổi theo hàm ẩm và nhiệt độ bề mặt vật liệu Để dễ dàng cho việc tính toán, người ta thay đường cong tốc độ sấy bằng đường thẳng và phải đảm bảo sao cho việc sai số này là bé nhất, khi này giá trị độ ẩm tới hạn sẽ dịch chuyển về điểm tới hạn quy ước, Wkqư là giao điểm của đường đẳng tốc và đường giảm tốc

2.3 Tiến hành thí nghiệm

 Thí nghiệm 1: Khảo sát động lực học quá trình sấy ở nhiệt độ 60oC

- Kiểm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt

- Kiểm tra hoạt động của phong tốc kế

- Tắt tất cả công tắt trên tủ điều khiển

- Cài đặt nhiệt độ sấy

- Khởi động tủ điều khiển

- Kiểm tra hoạt động của cân

- Cân vật liệu sấy

- Xác định kích thước vật liệu sấy

- Lầm ẩm vật liệu sấy

- Khởi động quạt, điều chỉnh tốc độ thí nghiệm

- Đo tốc độ quạt, ghi nhận giá trị đo

- Bật công tắt điện trở 1, 2, 3

- Khi nhiệt độ đạt giá trị ổn định thì bắt đầu tiến hành thí nghiệm

- Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân khối lượng vật liệu ban đầu G0, nhiệt độ sấy tại thời điểm ban đầu (=0)

- Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân, nhiệt độ sấy sau mỗi thời gian 3 phút Khi khối lượng vậtliệu không đổi sau 3 lần đo thì ngừng ghi số liệu

- Tăng mức điện trở lên mức 8, tiến hành sấy thêm khoảng 30 phút ghi nhận chỉ số cân xác định Gk

- Ngừng thiết bị: chuyển các nút diều chỉnh (điện trở, quạt) về mức “0”, đóng công tắc điện trở gia nhiệt, đóng công tắc quạt

 Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học quá trình sấy ở nhiệt độ 50oC

 Bật công tắc tổng

 Làm ẩm đều các tờ vật liệu

 Kiểm tra thiết bị sấy: đổ nước vào chỗ đo nhiệt độ bầu ướt

 Điều chỉnh tốc độ quạt ở nút điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu thí nghiệm, bậc công tắc quạt

 Cài đặt mức điện trở theo yêu cầu thí nghiệm, bậc công tắc điển trở để gia nhiệt

 Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân khối lượng ban đầu, nhiệt độ sấy, tốc độ chuyển động không khí trong phòng sấy tại thời điểm ban đầu

 Sau thời gian 3 phút ghi nhận các giá trị: chỉ số cân khối lượng vật liệu sau sấy, nhiệt độ sấy, tốc độ chuyển động của không khí trong phòng sấy

 Ngừng thiết bị: chuyển các nút điều chỉnh về trạng thái 0, đóng công tắc điện trở và công tắc quạt

Với wk=1,4 m/s là vận tốc tác nhân sấy,p=1,293 kg/m3,R=14,85 cm=0,1485m

-Cường độ bây hơi ẩm

Đường cong sấy

0.09 0.09 0.06

0.07 0.06 0.07 0.04

Đường cong sấy

0.05 0.09

0.15

0.09

0.05

0.09 0.07 0.05 0.05 0.02

0.04 0.04

độ giữa ướt và khô

Điều đó dẫn tới đồ thị đường cong tốc độ sấy không tuân theo quy luật và hình dạng gấp khúc thay đổi liên tục giữa các điểm giao của đồ thị Đường cong tốc độ sấy biểu thị sự giao thoa

và sự ổn định trong quá trình sấy, sự ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ, thời gian, hàm lượng ẩm…

2.4.4.Bàn luận

Đường cong sấy là đường biễu diễn quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy t Đường cong tốc độ sấy là đường biểu diễn quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm của vật liệu Qua biểu đồ đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy, ta thấy:

Nhiệt độ càng cao thì tốc độ sấy đẳng tốc càng tăng và tổng thời gian sấy vật liệu càng giảm vì nhiệt độ tăng làm tăng nhanh tk của không khí trong khi tư tăng với tốc độ chậm hơn làm tăng thế của quá trình sấy dẫn đến tăng động lực quá trình sấy

Nhiệt độ càng cao thì Uth, Ucb càng giảm do tăng động lực quá trình và hiệu quả quá trìnhsấy Tuy nhiên,từ đồ thị đường cong tốc độ sấy, ta thấy 2 giá trị này thay đổi không phù hợp với

lý thuyết nêu trên.Nguyên nhân có thể do độ ẩm ban đầu của mỗi chế độ sấy khác nhau, thời giansấy có ngắn hơn và khi nhiệt độ tăng nhưng do phải tổn thất động lực để làm bốc hơi ẩm khácnhau nên kết quả thu được là không phù hợp với lý thuyết

Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng hoàn lưu và vị trí mâm nhập liệu lên sản phẩm,

trạng thái nhiệt động của nhập liệu trên trên số mâm thực, hiệu suất của một cột chưng

cất và độ tinh khiết của sản phẩm

Sinh viên có khả năng trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc và ưu nhược

điểm của thiết bị chưng cất cồn hoạt động liên tục

Vận hành được hệ thống chưng cất

Tính toán được ảnh hưởng của lưu lượng hoàn lưu và vị trí mâm nhập liệu lên độ

tinh khiết của sản phẩm, tính hiệu suất của quá trình chưng cất

Mô hình mâm lý thuyết là mô hình toán đơn giản nhất dựa trên các cơ sở sau:

a Cân bằng giữa hai pha lỏng – hơi cho hỗn hợp hai cấu tử

b Điều kiện động lực học lưu chất lý tưởng trên mâm lý tưởng cho hai pha

lỏng– hơi là:

- Pha lỏng phải hòa trộn hoàn toàn trên mâm

- Pha hơi không lôi cuốn các giọt lỏng từ mâm dưới lên mâm trên và đồng

thời có nồng độ đồng nhất tại mọi vị trí trên tiết diện

- Trên mỗi mâm luôn đạt sự cân bằng giữa hai pha

Để chuyển từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất mâm

Có ba loại hiệu suất mâm được dùng là: Hiệu suất tổng quát, liên quan đến toàn tháp;

Hiệu suất mâm Murphree, liên quan đến một mâm; Hiệu suất cục bộ, liên quan đến

một vị trí cụ thể trên một mâm

- Hiệu suất tổng quát E0: là hiệu suất đơn giản khi sử dụng nhưng kén chính xác

nhất, được định nghĩa là tỉ số giữa số mâm lý tưởng vàsố mâm thực cho toàn tháp

S ố b ậ c t h ang−1

S ố m â mt h ự c

- Hiệu suất mâm Murphree: là tỉ số giữa sự biến đổi nồng độ pha hơi qua một mâm

với sự biến đổi nồng độ cực đại có thể đạt được khi pha hơi rời mâm cân bằng với

pha lỏng rời mâm thứ n

−y n+ 1

Thiết bị đun nóng dòng nhập liệu

Tháp chưng cất

Nồi đun

Thiết bị ngưng tụ

Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh

Dòng nhập liệu

Dòng bão hòa

Sản phẩm đáy Hơi bão hòa

Hơi bão hòa

Lỏng sôi

trong đó:

yn : nồng độ thực của pha hơi rời mâm thứ n

yn+1 : nồng độ thực của pha hơi vào mâm thứ n

: nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng rời ống chảy chuyền mâm thứ n

Nói chung, pha lỏng rời mâm có nồng độ không bằng với nồng độ trung bình của phả

lỏng trên mâm nên dẫn đến khái niệm hiệu cục bộ

- Hiệu suất cục bộ được định nghĩa như sau:

trong đó:

y’n: nồng độ pha hơi rời khỏi vị trí cụ thể trên mâm n

y’n+1: nồng độ pha hơi mâm n tại cùng vị trí

y’en: nồng độ pha hơi cânbằng với pha lỏng tại cùng vị trí

quát

Hiệu suất tổng quát của tháp không bằng với hiệu suất trung bình của từng

mâm Mối quan hệ giữa hai hiệu suất này tùy thuộc trên độ dốc tương đối của đường cân bằng vàđường làm việc Khi mG/L>1 hiệu suất tổng quát có giá trị lớn hơn và mG/L<1 hiệu suất tổng quát có giá trị nhỏ hơn Như vậy, với quá trình trong đó có cả hai vùng như trên (chưng cất) thì hiệu suất tổng quát E0 có thể gần bằng hiệu suất mâm EM Tuy nhiên khi phân tích họat động của một tháp hay một phần của tháp thực tế, trong đó đo được sự biến thiên nồng độ qua một hoặc một vài mâm sẽ xác định được giá trị đúng của EM hơn là giả sử EM=E0

- Pha rượu với nồng độ khoảng 20-300

- Bật công tắc điện chính

- Mở hệ thống nước giải nhiệt

- Mở công tắc tổng

- Đặt giá trị lưu lượng dòng nước giải nhiệt trên bộ điều khiển

- Mở van nhập liệu ở vị trí thấp nhất, điều chỉnh lưu lượng bơm nhập liệu với hiệu suất

, số vòng quay tối đa, mở bơm nhập liệu vào nồi đun đến lượng cho phép

- Mở điện trở nồi đun

- Cài đặt độ giảm áp trên máy

- Vận hành ở chế độ Reflux hồi lưu hoàn toàn

- Sau thời gian ổn định hệ thống, bậc công tắc sang chế độ draw off, đo nồng độ sản

F, W, D: suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh, mol/h

xF, xW, xD: phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh(mol/mol)

 Phương pháp Mc Cabe-Theile

Phương pháp Mc Cabe-Theile thích hợp cho nhiều trường hợp có tổn thất nhiệt và nhiệtdung dung riêng không lớn Cơ sở của phương pháp này là xem gần đúng đường làm việc phầnchưng và phần cất là đường thẳng, tức là chúng ta thừa nhận một số giả thuyết sau:

Số mol của pha hơi đi từ dưới lên bằng nhau trong tất cả tiết diện của tháp

Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi

Chất lỏng nhưng trong thiết bị ngưng có thành phần bằng thành phần hơi ra khỏi đỉnh thápĐun sôi ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp

Số mol chất lỏng không đổi theo chiều cao của đoạn cất và chưng

 Chỉ số hồi lưu (hoàn lưu)

Chỉ số hồi lưu là tỉ số giữa lưu lượng dòng hoàn lưu (L0) và lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh(D)

D

Chỉ số hồi lưu thích hợp (R) được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối thiểu (Rmin) và quan

hệ theo phương trình sau: R=b.Rmin

Chỉ số hồi lưu tối thiểu được xácđịnh theo hai phương pháp: phương phápđại số và phươngpháp đồ thị

 Phương trình đường làm việc

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất:

D , lượng hỗn hợp nhập liệu so với sản phẩm đỉnh

 Cân bằng năng lượng:

 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu:

Qnl= F.CPF.(tFr-tFV) + Qm

Với Qnl : Nhiệt lượng cần cung cấp, W

CPF : Nhiệt lượng riêng hỗn hợp nhập liệu, W

tFv, tFr : Nhiệt độ nhập liệu và ra khỏi thiết bị, 0C

 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ:

Nếu quá trình ngưng tụ không làm lạnh

tv, tr : Nhiệt độ vào và ra của nước, 0C

G : Lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s

C : Nhiệt dung riêng của dòng nhập liệu, J/Kg.độ

tSD : Nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, 0C

 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh

nhiệt lượng riêng của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, J/mol.độ.

tF,tD,tW : nhiệt độ của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, 0C

r D : nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, kJ/kmol

 Cân bằng nhiệt lượng toàn tháp

QF +QK+QL0 = QD +QW +Qm +Qng

 QK = QD + QW +Qm +Qng -QF-QL

QK: nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, W

Qm: nhiệt lượng mất mát do môi trường xung quanh (W) được lấy từ 5% đến 10% nhiệtlượng cần cung cấp

QF: nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào, W

Linear (x=y) Đường cất Linear (Đường cất) Đường chưng Linear (Đường chưng)

Đường cấtĐường chưng

Đường cấtĐường chưng

Sựảnh hưởng của dòng hoàn lưu đến độ tinh khiết của sản phẩm:

 Dòng hoàn lưu càng nhiều thì độ tinh khiết của sản phẩm càng cao, vì dòng hoàn lưu sẽnhập trở lại vào phần nhập liệu, vì vậy dòng hoàn lưu càng nhiều thì độ tinh khiết củanguyên liệu ban đầu càng cao, mà độ tinh khiết của nguyên liệu càng cao thì độ tinh khiếtcủa sản phẩm sẽ càng cao Nhưng dòng hoàn lưu càng nhiều thì thời gian chưng cất sẽcàng dài

 Dòng hoàn lưu càng nhiều thì số bậc thang tính được càngít hay số mâm lý thuyết càngít,dẫn đến hiệu suất tổng quát càng thấp

 Chỉ số hồi lưu càng tăng thì dòng hoàn lưu cũng tăng do R=L0

D Khi dòng hoàn lưu L0

tăng thì lượng sản phẩmđỉnh giảm do đó khi L0 tăng thì chỉ số hồi lưu R tăng

 Số bậc thang (hay số mâm lý thuyết) càngít thì hiệu suất càng giảm do số bậc thaang vàhiệu suất tổng quát tỉ lệ thuận với nhau

Trong thực tế ứng dụng của thiết bị chưng cất là tách các cấu tử dễ bay hơi dựa vào độchênh lệch của nhiệt độ bay hơi Như để chưng cất các sản phẩm cồn,…

Nồng độ phần mol dòng nhập liệu x(mol/mol)

(1−0.2)∗0.99818

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất:

0.5081+1 =0.5 x +0.254

0.5081.22+1=0.54955 x+0.2288

0.5081.5+1=0.6 x+ 0.2032

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng:

2 Cân bằng năng lượng

Nhiệt lượng do nhập liệu mang vào

STT Nhiệt dung riêng

Nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra

Tra CE , CN tại T5 (bảng tra 4.5)

Nhiệt lượng do dòng sản phẩm đáy mang ra

STT Nhiệt dung riêng