BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ BÀI CÔ ĐẶC

BÀI 3: Q TRÌNH CƠ ĐẶC I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mục đích thí nghiệm Khảo sát hoạt động tính hiệu suất thiết bị cô đặc loại nồi hai vỏ có cánh khuấy, dung dịch để tiến hành đặc nước đường, q trình đặc thực áp suất chân không - Cơ sở lý thuyết Cân vật liệu hệ thống cô đặc nồi Xét hệ thống nồi Trong đó: Gđ – Khối lượng nguyên liệu, [kg]; kg/s Gc – Khối lượng sản phẩm, [kg]; kg/s W – Lượng thứ, [kg]; kg/s xd – Nồng độ chất khô nguyên liệu, [phần khối lượng] xc – Nồng độ chất khô sản phẩm, [phần khối lượng] Theo định luật bảo toàn vật chất G đ = Gc + W Bảo toàn khối lượng: G đ x đ = Gc x c Bảo tồn chất khơ: Giải ta có: Lượng thứ:  x  W = Gđ 1 − đ  xc   Nồng độ sản phẩm cuối xc = G đ x đ G x = đ đ Gc Gđ − W Cân nhiệt lượng Ký hiệu: tđ : Nhiệt độ nguyên liệu, [độ] tc ; Nhiệt độ sản phẩm, [độ] tn : Nhiệt độ nước ngưng, [độ] cđ : Nhiệt dung riêng nguyên liệu, [J/kg.độ] cc : Nhiệt dung riêng sản phẩm, [J/kg.độ] cn : Nhiệt dung riêng nước ngưng, [J/kg.độ] i : Hàm nhiệt đốt, [J/kg] i’: Hàm nhiệt thứ, [J/kg] Qcđ : Tổn thất nhiệt cô đặc [độ] ∆q : Tổn thất nhiệt cô đặc riêng, [J/kg] Qmt: Tổn thất nhiệt môi trường, [J] Theo định luật bảo toàn nhiệt ∑Q = ∑Q v r Gđ.cđ.tđ + D.i = Gc.cc.tc + W.i’ + D.cn.tn + Qcđ + Qmt Rút : D= W i '+Gc cc t c − G đ c đ t đ + Qcđ + Qmt i − cn t n Lượng đốt tiêu tốn : Trong trình tính tốn nhiệt xem cc ≈ cđ Tính bề mặt truyền nhiệt Theo phương trình truyền nhiệt Q = K.F.τ.∆hi = D.(i - cn.tn) Trong : Q: lượng nhiệt truyền, [J] K: Hệ số truyền nhiệt,[ W/m2.độ] F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt, [m2] τ: Thời gian cô đặc,[s] ∆hi : Hiệu số nhiệt độ hữu ích , [đơ] F= D.( i − c n t n ) , K ∆t hi Rút bề mặt truyền nhiệt : [m2] Thiết bị thí nghiệm : Dung dịch cô đặc mẻ, nhập liệu lần từ thùng chứa dung dịch đầu Dung dịch sôi buồng bốc nhiệt truyền từ nước nóng bên vỏ ngồi Hơi thứ bốc lên từ dung dịch sôi dẫn qua thiết bị ngưng tụ ống xoắn để ngưng tụ thu hồi định lượng Một bơm chân khơng loại vịng nước sử dụng để tạo chân không cho hệ thống Hệ thống cô đặc gồm thiết bị sau: Nồi đặc hai vỏ có cánh khuấy Máy khuấy trộn Thiết bị ngưng tụ ống xoắn Bình chứa nước ngưng Bơm chân khơng loại vịng nước Áp kế đo độ chân khơng Nhiệt kế điện tử Hệ thống điện Xô nhựa chứa dung dịch đầu 3.1 Nồi cô đặc hai vỏ: - Nồi chứa dung dịch đường có đường kính D = 250mm, cao H = 500mm, bề dày δ = 5mm Nồi chế tạo thép không gỉ AISI304 3.2 Thiết bị ngưng tụ ống xoắn: Ống xoắn có đường kính Φ16 quấn thành vịng xoắn có đường kính D = 150mm Ống xoắn gia cơng thép không gỉ AISI304 3.3 Bơm chân không: Hệ thống sử dụng bơm chân khơng loại vịng nước 1HP I Kết : Thời gian τ (phút) Nồng độ dd đường ( Bx) 10 20 14 14,5 14,8 Lượng nước ngưng thu V(ml) 140 85 100 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 15 15,4 15,9 16,2 16,7 17,2 17,9 18,9 19,8 21,9 24,2 140 130 125 120 180 380 340 360 540 165 115 VI Trình tự tính tốn: Tính nồng độ phần khối lượng dung dịch đường nhập liệu : Sau pha dung dịch đuờng nhập liệu ta tiến hành đo nồng độ dung dịch đường Brix kế ta Bxđầu, từ suy nồng độ phần khối lượng đường nhập liệu xđ VD: Dung dịch đuờng 15 Bx xđ = 0,15 Tính khối lượng dung dịch đường nhập liệu Ta tiến hành đo thể tích dung dịch đường nhập liệu ( Vđ) Gđ = Vđ.ρđ (kg) ρđ : khối lượng riêng – tra dung dịch đường nhập liệu nhiệt độ phòng, ta ρđ Ta có: Vđ= (lít) ρđ= 1057 (kg/m3) mđường= 1(kg) Gđ = Vđ.ρđ = 5.1057.10-3=5,285(kg) Mà: Gđ= mđường+ mnước mnước pha= Gđ - mđường = 5,285 – 1= 4,285 (kg) = mnước ngưng + mnước lại  mnước lại = mnước pha – mnước ngưng = 4,285 – 2,92= 1,365 (kg) ( với mnước ngưng = W* = 2,92 (kg))  Tính lượng nước ngưng thực tế: W* = Vngưng ρngưng ( kg) Vngưng : Tổng thể tích nước ngưng thu suốt trình thực nghiệm ρngưng : Khối lượng riêng nước ngưng ( kg/m3) (ρngưng = 995,68 ( kg/m3) nước ngưng tra 30oC) Vngưng= 0,14+0,085+0,1+0,14+0,13+0,125+0,12+0,18+0,38+0,34+0,36+0,54+0,165+0,115 = 2,92 (lít) W* = Vngưng ρngưng = 2,92.10-3.995,68= 2,907 (kg) * Tính Gc , xc W: Ta có : Gc = mđường + mnước lại = 1+1,365= 2,365 (kg) Áp dụng định luật bảo toàn vật chất: + Bảo toàn khối lượng: Gđ = Gc + W + Bảo tồn chất khơ: Gđ.xđ = Gc.xc Nhờ đó: + Nồng độ sản phẩm cuối: = = 0,313 Tính phần trăm sai số: Tính phần trăm sai số dung dịch sau cô đặc : % SS Xc = x c − x c* xc 100% xc : Nồng độ chất khô sản phẩm sau cô đặc theo lý thuyết [phần khối lượng] xc* : Nồng độ chất khô sản phẩm cô đặc theo thực tê đo Bx kế, [phần khối lượng] => Giải thích kết quả: - Vì thời gian có hạn nên đặc nước đường chưa tới mức giới hạn - Trong trình lấy mẫu để đo độ Bx nhiều nên làm sản phẩm - Trong trình cân đo bị hao hụt rơi rớt Tính phần trăm sai số lượng nước ngưng thu q trình đặc: % SSW = W −W * W 100% % SSW = 0,45% 10% : Sai số khơng đáng kể Giải thích kết quả: - Vì thời gian có hạn nên q trình đặc chưa hoàn chỉnh Lượng mẫu thử lúc đầu lấy nhiều V Đồ thị Đồ thị biểu diễn quan hệ số Bx thời gian cô đặc τ *Nhận xét: Đồ thị biểu diễn độ Bx thời gian sấy ta thấy nồng độ Bx tang theo thời gian Đồ thị biểu diễn quan hệ khối lượng nước ngưng thu thời gian cô đặc τ *Nhận xét: Q trình làm thí nghiệm cịn có nhiều sai sót, chưa nắm kỹ thao tác thực hành nên dẫn đến trình sai số cho trình tính tốn * Cách khắc phục: - Điều chỉnh pH Nhiệt độ cho phù hợp - Kiểm tra trang thiết bị trước thực hành, có trục trặc tiến hành sửa chữa - Phân cơng người làm công việc hợp lý - Đo thời gian lấy mẫu, lấy nước ngưng cần xác - Chú ý quan sát độ Bx cho ... nhiệt, [m2] τ: Thời gian đặc, [s] ∆hi : Hiệu số nhiệt độ hữu ích , [đô] F= D.( i − c n t n ) , K ∆t hi Rút bề mặt truyền nhiệt : [m2] Thiết bị thí nghiệm : Dung dịch cô đặc mẻ, nhập liệu lần từ... sơi dẫn qua thiết bị ngưng tụ ống xoắn để ngưng tụ thu hồi định lượng Một bơm chân không loại vịng nước sử dụng để tạo chân khơng cho hệ thống Hệ thống cô đặc gồm thiết bị sau: Nồi đặc hai vỏ... sai số dung dịch sau cô đặc : % SS Xc = x c − x c* xc 100% xc : Nồng độ chất khô sản phẩm sau cô đặc theo lý thuyết [phần khối lượng] xc* : Nồng độ chất khô sản phẩm cô đặc theo thực tê đo Bx