Báo cáo thí nghiệm quá trình thiết bị

Báo cáo thí nghiệm quá trình thiết bị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU

KHOA HÓA HOC ¿ CÔNG NGHỆ THƯC PHẨM

Vũng Tàu, Ngày 31 tháng 5 năm 2014

BÀI 1: THÍ NGHIỆM CƠ HỌC THỦY LỰC

I THÍ NGHIỆM REYNOLDS

 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Có 2 trang thái chyển động của lưu chất trang thái chảy tầng và trạng thái chảyrối, giữa 2 trạng thái náy có trang thái chảy quá độ Các trang thái này có nhưngtính chất khác hản nhau và nhưng nguyên tắc khác nhau gây ra sử tiêu hao nănglượng của dòng chảy

- Phân biệt hai trạng thái của lưu chất và sư quá độ của trảng thái này sangtrạng thái khác của lưu chất

- Xác định giá trị của Re để dòng chảy tầng, so sanh với kết quả thựcnghiệm của Reynolds

1 CHẢY TẦNG

Thể tích chất lỏng ( nước ) V =1000 ml =1.10−3(m3)

Thời gian đo lần 1

t1 = 202,57 (s)Thời gian đo lần 2

Q =V t

tb = 1.10−3181,27=5,51.10

3 CHẢY RỐI

Thể tích chất lỏng ( nước ) V =1000 ml =1.10−3(m3)Thời gian đo lần 1

II DÒNG CHẢY QUÁ LỖ

Tiến hành thí nghiệm và lấy số liệu

a Sử chảy quá lỗ khi mức chât lỏng chảy ổn định

Stt V (m3

b Sử chảy quá lỗ khi mức chất lỏng thay đổi.

- Thời gian mức chất lỏng chảy từ mức H→ H1

0,0325

0,05

0,07

0,096

0,0125

0,157

0,194

y1 =2.W g

0

2 x i2 = 9,8 ¿ ¿ = 2,55.10 − 3

TRẢ LỜI CÂU HỎI:

1 Mực chất lỏng anh hưởng như thê nào đến thí nghiệm Reynold?

Ảnh hưởng đến vận tốc chuyển động của lưu chất

2 Các sai số có thể măc phải trong thí nghiêm Reynold

Đo thời gian nước chảy ống đông hoăc thể tích cho trước

3 Các sai số có thể mắc phải trong thí nghiệm dòng chảy qua lỗ?

Thời gian đo thể tích nước chảy qua lỗ

Chiều cao của cốt nước ở mưc ổn định

BÀI 2: THÍ NGHIỆM TRÍCH LY RẮN LỎNG

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Giúp sinh viên là quen với một trong các phương pháp phân riêng một hỗn hợpchất bằng cách dung một dung môi có tính bão hòa tan chọn lọc đối với mộthoặc vài cấu tử cần thiết tách khỏi hỗn hợp chung

II Dụng cụ, hóa chất , cách tiến hành thí nghiệm

Cân chính xác trên cân phân tích một mẫu chè khoảng 2 gam cho vào túigiấy trên và dùng chỉ buộc lại

b Chuẩn bị mẫu trong thiết bị Soxhlet

Đặt bình đun lên bếp bình cầu, trong bình cầu có chứa một lượng ½ bình.Lắp bình chiết khớp với miệng bình đun

Đặt bao mẫu vào đáy bình chiết

Lắp ống sinh hàn vào bình chiết

Đặt phễu thủy tinh lên miệng ống sinh hàn

- Sau khi trích ly kết thúc lấy giấy lọc chữa mẫu, sấy ddens khối lượngkhông đổi ở nhiệt độ 100-105 độ C

- Lấy mẫu ra cho vào bình hút ẩm để nguội và tiến hành cân

III TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

- Lượng mẫu trước trích ly: m1= 2,505 gam

- Lượng mẫu sau trích ly: m2= 1,422 gam

- Lượng cấu tử cần tách: G=m1−m2 =2,505- 1,422 = 1,083 gam

- Tỷ lệ cấu tử cần tách:G2= ( G/m1).100% = (1,083/2,505).100% = 43,23%

IV TRẢ LỜI CÂU HỎI

1 Cơ chế của quá trình trích ly rắn lỏng?

Bao gồm các giai đoạn là dung môi thâm nhập vào các mao quản của vật thểrắn, hòa tan các cấu tử cần tách( hoặc tiến hành các phản ứng hóa học) sau đó chấttan và dung môi khuếch tán vào dung dịch từ vật thể rắn đôi khi chất hòa tan chứatrong các mao quản của vật thể rắn ở dạng dung dịch lỏng, trường hợp này chấthòa tan được chuyển trực tiếp vào dung môi bằng khuếch tán

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly rắn lỏng?

Hình dạng, kích thước, thành phần hóa học chất rắn, cấu trúc bên trong củachất rắn như kích thước, hình dạng, cách sắp xếp của mao quản

Bài 3: CHƯNG LUYỆN

I MỤC ĐÍCH

Làm quen với hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp chóp

Nghiên cứu chế độ làm việc của tháp, tính cân bằng vật liệu và nhiệt lượng

Xác định số bậc thay đổi nồng độ và hiệu suất của tháp

TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1.Kiểm tra:

- Hệ thống thiết bị thí nghiệm theo sơ đồ

- Các dụng cụ đo: nhiệt kế , thì kế, nhiệt kế, lưu lượng kế, bình chứa…

2 Chuẩn bị

- Nguyên liệu đầu có nồng độ 18% thể tích Nạp vào nồi đun đáy sao cho chiều caomực chất lỏng trong ống thủy đạt 20cm

- Bật công tắc nguồn của hệ thống

- Chạy hệ thống gia nhiệt ở đáy tháp

- Mở van cho nước vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu

3 Khi nhiệt độ đầu ở đỉnh tháp đạt trên 100oC, dung dịch ở trong bình cầu bắt đầu sôi

4 Đợi cho sản phẩm đỉnh xuất hiện (nhiệt độ đỉnh khoảng 80oC) thì ta mở van hồi lưu sản phẩm đỉnh ( độ mở van khoảng 50%) Bắt đầu tính thời gian chưng cất

5 Khi tất cả các thông số đã ổn định rồi nên tiến hành đo:

Lượng sản phẩm đỉnh P cả nồng độ của nó

Lượng nguyên liệu đầu F và nồng độ của nó

Nhiệt độ sản phẩm đáy

Nhiệt độ ở đỉnh , đáy, đĩa tiếp liệu và nhiệt độ đầu vào

Chiều cao mực chất lỏng trong ống thủy lực bắt đầu và kết thúc

II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

- Chiều cao mực chất lỏng ban đầu H1 = 20,6 cm

- Chiều cao mực nước sau khi chưng luyện H2 = 18,9 cm

- Thể tích nguyên liệu đầu: F = π.r2.H1 = 3,14.152.20,6 = 14553,9 ( cm3 = ml)

- Phương trình cân bằng vật liệu của tháp:

46 +

1−0,08 18 = 0,03

III TRẢ LỜI CÂU HỎI

Câu 1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chưng cất?

Nhiệt độ quyết định đến khả năng phân tách của hỗn hợp Do đó cần chọn nhiệt độ thích hợp để tách được toàn hoàn các cấu tử mong muốn ra khỏi hỗn hợp

Nếu nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, các sản phẩm và chất tách loại sẽ hòa lẫn vào nhau, dẫn đến hiệu suất chưng cất thấp

+ nhiệt độ đáy quá thấp sẽ làm cho các cấu tử bay hơi kém, dẫn đến lượng hơingưng tụ ít, hiệu suất thu sản phẩm không cao

+ nhiệt độ đỉnh quá cao thì những cấu tử nặng bị bay hơi lên sẽ bay ra ngoàingưng tụ làm cho chất lượng sản phẩm giảm

 Phần cất có tác dụng tách các cấu tử nặng có lẫn trong các cấu tử nhẹ baylên trên nằm ngay trên phần chưng.

Câu 3: Áp suất làm việc của hệ thống là bao nhiêu? Tại sao biết?

Áp suất làm việc của hệ thống là áp suất thường ( khí quyển) Vì trong hệ thốngkhông có thiết bị tăng áp hay giảm áp

BÀI 4: THÍ NGHIỆM CÔ ĐẶC

 Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể

 Thu dung môi nguyên chất

II MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

 Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quá trình cô đặc và thiết bị cô đặc, vận hànhđúng các quy trình thiết bị, đo đạc chính xác các thông số của quá trình vàthiết bị

 Tính toán cân bằng vật chất cân bằng năng lượng để xác định các thông sốcần thiết

 Xác định năng suất và hiệu suất quá trình cô đặc

 Đánh giá quá trình hoạt động cô đặc gián đoạn và liên tục

III Các phương pháp cô đặc:

 Cô đặc một nồi làm việc gián đoạn:

 Dung dịch cho vào một lần rồi cho bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bịgiảm dần cho đến khi nồng độ đạt yêu cầu;

 Dung dịch cho vào ở mức nhất định, cho bốc hơi đồng thời bổ sung dungdịch mới liên tục vào để giữ chất lỏng không đổi choi đến khi nồng độđạt yêu cầu, sau đó tháo dung dịch ra làm sản phẩm và thực hiện một mẻmới.

 Cô đặc một nồi liên tục

 Dung dịch cho vào ở mức nhất định, cho bốc hơi đồng thời bổ sung dungdịch mới liên tục vào để giữ mức chất lỏng không đổi cho đến khi nồng

độ đạt yêu cầu, sau đó tháo liên tục một phần dung dịch ra làm sảnphẩm, đồng thời luôn bổ sung một lượng dung dịch mới vào thiết bị

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN

7,5(ml)

0C

0,2at

4,2at

5730(ml)

- Tổng lượng hơi thứ: W = Gđ ( 1 - xđ xc ) = 14040 ( 1 - 2,52 ) = 2808

V Bàn luận

Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị cô đặc một nồi hoặc nhiềunồi làm việc gián đoạn hay liên tục Khi cô đặc gián đoạn dung dịch cho vàothiết bị một lầnrồi cô đặc đến nồng độ yêu cầu, hoặc cho vào liên tục giữnguyên mức chất lỏng không đổi trong quá trình và khi nồng độ dung dịch đạtyêu cầu sẽ lấy ra hết rồi tiếptục cho dung dịch mới vào để cô đặc tiếp

Khi cô đặc liên tục trong thiết bị cô đặc nhiều nồi thì dung dịch được đưavào liên tục và hơi đốt cho vào liên tục, sản phẩm cũng được láy ra liên tục.Trong quá trình cô đặc có thể tiến hành ở áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu

kỹ thuật

Cô đặc ở áp suất thường thì thiết bị để hở, cô đặc ở áp suất chân không thìnhiệt độ sôi dung dịch giảm do đó chi phí hơi đốt giảm và hiệu số nhiệt độ giữahơi đốt và dung dịch giảm do đó diện tích bề mặt truyền nhiệt giảm, cô đăcchân không cho phép cô đặc dung dịch có nhiệt độ cao ở áp suất thường có thểsinh ra phản ứng phụkhông mong muốn ( oxy hóa, đường hóa, nhựa hóa)

Cô đặc ở áp suất cao chỉ xảy ra trong các nồi cô đặc đặt trước đối hệ thống

cô đặc nhiều nồi

VI Trả lời câu hỏi

1 Giải thích tại sao nhiệt độ sôi của dung dịch ở 2 nồi khác nhau?

 Vì có bơm chân không : ở nồi 2: nhiệt độ sôi sẽ giảm xuống

 Hơi thứ của nồi 1 lại cấp nhiệt cho nồi 2

2 Hơi thứ của nồi thứ nhất đóng vai trò gì?

 Cấp nhiệt cho nồi thứ hai

3 Tác nhân cấp nhiệt cho buồng đốt của 2 nồi là gì? Nhiệt độ bao nhiêu

 Tác nhân cấp nhiệt cho buồng đốt của 2 nồi là hơi bão hòa

 >180oc : dùng hơi quá nhiệt

 <180oc : dùng hơi bảo hòa

4 Giải thích cơ chế của quá trinh cô đặc

Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm vào thiết bị cô đặc thựchiện quá trình bốc hơi Dung dịch sau khi cô đặc được bơm ra ở phía dướithiết bị cô đặc đi vào bể chứa sản phẩm Hơi thứ và khí không ngưng đi raphía trên của thiết bị cô đặc vào thiết bị ngưng tụ Ngưng tụ thành lỏng chảy

ra ngoài bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận tách giọt để lúc này cònmình khí không ngưng tụ được sẽ được bơm chân không hút ra ngoài

5 Mô tả lại sơ đồ hệ thống cô đặc ?

Nước chưa được làm mềm sẽ được đưa vào thiết bị làm mềm nước(1), sau khi được làm mềm nước sẽ được đưa qua thùng chứa (2), sau đónước chứa trong thùng sẽ được máy bơm (3) bơm vào nồi hơi (4), nướctrong nồi hơi sẽ được đun nóng cho tới khi nước bốc hơi, lượng hơi nướcnày sẽ được dẫn đến gia nhiệt vào buồng đốt của các nồi cô đặc Tại cácnồi cô đặc, dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm vào thiết bị cô đặcthực hiện quá trình bốc hơi Dung dịch sau khi cô đặc được bơm ra ở phíadưới thiết bị cô đặc đi vào bể chứa sản phẩm Hơi thứ và khí không ngưng

đi ra phía trên của thiết bị cô đặc vào thiết bị ngưng tụ Ngưng tụ thànhlỏng chảy ra ngoài bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận tách giọt đểlúc này còn mình khí không ngưng tụ được sẽ được bơm chân không hút rangoài …

BÀI 5 : BƠM LY TÂM

I Mục đích

Khảo sát các thông số của bơm ly tâm bằng thực nghiệm để:

- Xây dựng đặc tuyến của lưu lượng phụ thuộc theo trở lực của hệ

- Xây dựng đặc tuyến của công suất điện tiêu thụ phụ thuộc theo lưu lượng của hệ

- So sánh công suất điện tiêu thụ khi sử dụng và không sử dụng biến tần

II Kết quả thí nghiệm

N (Công suất, W)

n (Số vòng quay, vòng/phút)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 0

400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 0

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 0

Đồ thị biểu diễn N=f(Q) ở chế độ inverter

Q (lưu lượng, lit/phut)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0

III Nhận xét và giải thích

Ở chế độ direct:

- Áp suất tỉ lệ nghịch với lưu lượng thể tích đi vào máy bơm

- Công suất tỉ lệ thuận với lưu lượng thể tích đi vào máy bơm

Ở chế độ inverter:

- Công suất tỉ lệ thuận với lưu lượng thể tích đi vào máy bơm

- Lưu lượng tỉ lệ thuận với số vòng quay của máy bơm

Kết luận:

Máy bơm sử dụng ở chế độ biến tần ít tiêu hao năng lượng hơn so với sử dụng chế độ trực tiếp (ở cùng một mức công suất)

IV Trả lời câu hỏi

Câu 1,2 Bơm là máy thủy lực dùng để vận chuyển và truyền năng lượng cho chất

lỏng Các đại lượng đặc trưng của bơm là năng suất, áp suất, hiệu suất, công suấttiêu hao và hệ số quay nhanh

Dựa vào nguyên lý làm việc người ta chia làm 3 loại:

a) Bơm thể tích: chất lỏng được hút và đẩy ra khỏi bơm do sự thay đổi thể tíchnhờ một bộ phận chuyển động tịnh tiến hay quay, do đó thế năng và áp suấtcủa chất lỏng tăng lên Loại này gồm có: bơm pittong, bơm răng khía, bơmcánh trượt, bơm trục vít, bơm màng

b) Bơm ly tâm: năng lượng và áp suất chất lỏng tăng lên nhờ lực ly tâm tạo ratrong chất lỏng khi guồng quay Ngoài bơm ly tâm còn có bơm hướng trục,bơm xoáy lốc cũng dựa trên nguyên tắc này

c) Bơm không có bộ phận dẫn động: gồm một số loại bơm đặc biệt như bơmtia, bơm sục khí, thùng nén, xiphong , không có bộ phận dẫn động nhưđộng cơ điện, máy hơi nước, mà dùng luồng khí bay hơi làm nguồn động lựcđẩy chất lỏng chuyển động

Câu 3 Các chi tiết cơ bản của bơm ly tâm

Bánh công tác: kết cấu có 3 dạng chính là cánh mở hoàn toàn, mở một phần

và cánh kín Bánh công tác được lắp trên trục của bơm cùng với các chi tiết khác

cố định với trục tạo nên phần quay của bơm gọi là Rôto Bánh công tác được đúcbằng gang hoặc thép theo phương pháp đúc chính xác Các bề mặt cánh dẫn và đĩabánh công tác yêu cầu có độ nhẵn tương đối cao (tam giác 3 đến 6) để giảm tổnthất Bánh công tác và Rôto của bơm đều phải được cân bằng tĩnh và cân bằngđộng để khi làm việc bánh công tác không cọ xát vào thân bơm

Trục bơm: thường được chế tạo bằng thép hợp kim và được lắp với bánh công tácthông qua mối ghép then

Bộ phận dẫn hướng vào: Hai bộ phận này thuộc thân bơm thường

Bộ phận dẫn hướng ra: (buồng xoắn ốc) đúc bằng gang có hình dạng tương đốiphức tạp

Ống hút: Hai loại ống này có thể làm bằng gang đúc, tôn hàn hoặc cao su

Ống đẩy

Câu 4 Nguyên lý lảm việc của bơm ly tâm

Trước khi bơm làm việc, cần phải làm cho thân bơm (trong đó có bánh công tác)

và ống hút được điền đầy chất lỏng, thường gọi là mồi bơm

Khi bơm làm việc, bánh công tác quay, các phần tử chất lỏng ở trong bánh côngtác dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị văng từ trong ra ngoài, chuyển động theo cácmáng dẫn và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đó là quá trình đẩy của bơm.Đồng thời, ở lối vào của bánh công tác tạo nên vùng có chân không và dưới tácdụng của áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào của bơm, chất lỏng ở bểhút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút, đó là quá trình hút của bơm Quá trìnhhút và đẩy của bơm là quá trình liên tục, tạo nên dòng chảy liên tục qua bơm

Bộ phận dẫn hướng ra (thường có dạng xoắn ốc nên còn gọi là buồng xoắn ốc) đểdẫn chất lỏng từ bánh công tác ra ống đẩy được điều hòa, ổn định và còn có tácdụng biến một phần động năng của dòng chảy thành áp năng cần thiết

Câu 5 Các giả thiết của phương trình Euler

Phương trình Euler xây dựng trên nguyên lý bảo toàn động lượng của Newton pháttriển theo trình tự từ phương trình momen làm cơ sở, sau đó triển khai cột áp từphương trình moment.

Câu 6 Phương trình Euler:

H¿ = u 2.C2.cos α 2ưu1.C1cos α1

g = u2. c 2 uưu1 c 1 u

g

Trong đó:

u1, u2: vận tốc dòng lưu chất khi đi vào và đi ra bánh guồng;

C1, C2: vận tốc tuyệt đối của lưu chất đi vào và đi ra bánh guồng;

α1, α2: góc vào và ra của lưu chất ( góc giữa u và C);

C 1u, C 2u: vận tốc tiếp tuyến ( hình chiếu của C trên u)

Câu 7: Hiện tượng xâm thực:

Ở một nhiệt độ nào đó, khi áp suất trong chất lỏng bằng áp suất bốc hơi thì chấtlỏng sẽ sôi tạo nhiều bọt khí trong dòng chảy Các bọt khí này sẽ bị dòng chảycuốn vào những vùng có áp suất lớn hơn (p>pbh) sẽ ngưng tụ thành các giọt nước

có thể tích nhỏ hơn nhiều so với thể tích của bọt khí Khi đó dòng chảy sẽ hìnhthành những khoảng trống cục bộ thu hút các phần tử xung quanh xô tới với vậntốc lớn làm áp suất tại đó tăng đột ngột lên rất cao làm rỗ bề mặt kim loại, pháhỏng các bộ phận làm việc của máy Hiện tượng này gọi là hiện tượng xâm thực,thường xảy ra ở các máy thủy lực có áp suất nhỏ và nhiệt độ cao

Câu 8 Tác hại của hiên tượng xâm thực, khắc phục:

Khi xảy ra hiện tượng xâm thực trong bơm thường có tiếng ồn và tiếng kêu láchtách ở phía trong, gây ra rung động bơm

Khi xảy ra hiện tượng xâm thực dữ dội sẽ làm giảm cột áp và hiệu suất của bơm

Để khai thác bơm được lâu dài cần phải đưa ra các điều kiện để loại bỏ hiện tượngxâm thực Để đảm bảo điều đó thì áp suất trên cửa vào của bánh công tác phải lớnhơn gía trị áp suất mà tại đó chất lỏng có thể sôi