Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và bảo quản được tốt. Khảo sát quá trình sấy đối lưu vật liệu là giấy lọc trong thiết bị sấy bằng không khí được nung nóng nhằm: Xác định đường cong sấy : W=f ( τ) Xác định đường cong tốc độ sấy : dWdτ=f ( W ) Giá trị độ ẩm tới hạn Wk, tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K. Cơ sở lí thuyết Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt, nhiệt được cung cấp cho vật liệu nhờ dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt, bức xạ nhiệt… Nhiệt Độ Gồm 3 loại: tK, tƯ, tS. tK: Nhiệt độ bầu khô là nhiêt độ của hỗn hợp không khí được xác định bằng nhiệt kế thông thường. tƯ: Nhiêt độ bầu ướt, là nhiệt độ ổn định đạt được khi một lượng nhỏ nước bốc hơi vào hỗn hợp không khí chưa bão hòa trong điều kiện đoạn nhiệt, đo bằng nhiệt kế thông thường có bọc vải ướt ở bầu thủy ngân. tS: Nhiệt độ điểm sương, nhiệt độ ở trạng thái bão hoa hơi nước. Độ ẩm Gồm 3 loại: d, A, φ. d: Là độ chứa hơi, là số kg ẩm có trong 1 kg không khí khô của không khí chưa bão hòa hơi nước (kgẩmkgkkk). A: Là độ ẩm cực đại là số kg ẩm có trong 1 kg không khí khô của không khí bão hòa hơi Nước (kgẩmkgkkk). φ: Độ ẩm tương đối hay gọi là độ bão hòa hơi nước φ = dA (0% ≤φ ≤ 100%). Áp suất Gồm P, Pbh, Pb, Ph P: Áp suất của không khí (mmHg) Pbh: Áp suất hơi bão hòa của nước ở cùng nhiệt độ bầu khô (mmHg) Pb: Áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt vật liệu (mmHg) Ph: Áp suất riêng phần hơi nước trong tác nhân sấy (mmHg). Quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ bầu khô, áp suất riêng phần hơi nước trong tác nhân sấy và độ ẩm tương đối là: d = 0,622(φ.Pbh)(PφPbh)=0,622Ph(PφPh)
Thực hành kỹ thuật trình thiết bị BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÁO CÁO THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Giảng viên hướng dẫn : Võ Phạm Phương Trang Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thanh Nguyên Lớp: 06DHMT2 MSSV: 2009150096 Tp Hồ Chí Minh, năm 2017 Thực hành kỹ thuật trình thiết bị BÀI 1: THÍ NGHIỆM SẤY ĐỐI LƯU I Mục Đích Thí Nghiệm Mục đích trình sấy làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền bảo quản tốt Khảo sát trình sấy đối lưu vật liệu giấy lọc thiết bị sấy không khí nung nóng nhằm: • Xác định đường cong sấy : • Xác định đường cong tốc độ sấy : • Giá trị độ ẩm tới hạn Wk, tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K II Cơ sở lí thuyết Sấy trình làm bốc nước khỏi vật liệu nhiệt, nhiệt cung cấp cho vật liệu nhờ dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt, xạ nhiệt… Nhiệt Độ Gồm loại: tK, tƯ, tS Thực hành kỹ thuật trình thiết bị − tK: Nhiệt độ bầu khô nhiêt độ hỗn hợp không khí xác định nhiệt kế thông thường − tƯ: Nhiêt độ bầu ướt, nhiệt độ ổn định đạt lượng nhỏ nước bốc vào hỗn hợp không khí chưa bão hòa điều kiện đoạn nhiệt, đo nhiệt kế thông thường có bọc vải ướt bầu thủy ngân − tS: Nhiệt độ điểm sương, nhiệt độ trạng thái bão hoa nước Độ ẩm Gồm loại: d, A, − d: Là độ chứa hơi, số kg ẩm có kg không khí khô không khí chưa bão hòa nước (kgẩm/kgkkk) − A: Là độ ẩm cực đại số kg ẩm có kg không khí khô không khí bão hòa − Nước (kgẩm/kgkkk) − Độ ẩm tương đối hay gọi độ bão hòa nước = d/A (0%≤ 100%) Áp suất Gồm P, Pbh, Pb, Ph − P: Áp suất không khí (mmHg) − Pbh: Áp suất bão hòa nước nhiệt độ bầu khô (mmHg) − Pb: Áp suất riêng phần nước bề mặt vật liệu (mmHg) − Ph: Áp suất riêng phần nước tác nhân sấy (mmHg) Quan hệ áp suất bão hòa nhiệt độ bầu khô, áp suất riêng phần nước tác nhân sấy độ ẩm tương đối là: d = 0,622* Thực hành kỹ thuật trình thiết bị III Kết thí nghiệm i 11 2 T(phút ) 10 15 20 25 30 35 45 45 Tkv Tưv TKr TƯr G(g) 44 48 46 44 51 48 48 48 48 48 42 46 49 50 50 50 50 50 50 50 53 57 58 58 58 58 58 58 58 58 46 44 47 49 49 51 51 51 51 51 281 269 256 243 230 217 205 192 180 167 50 55 49 50 49 50 58 58 51 51 155 144 60 50 50 58 51 133 65 50 50 58 51 123 70 50 50 58 51 114 75 49 49 58 51 107 80 49 49 58 51 101 85 49 49 58 51 94 90 49 49 58 51 90 95 49 49 59 52 87 100 50 49 59 52 85 105 49 50 59 52 83 Tính Toán Thí Nghiệm Theo thực nghiệm Độ ẩm vật liệu:Wi = × 100% (% kg ẩm/ kg vật liệu khô) W1 = Thực hành kỹ thuật trình thiết bị …… Tốc độ sấy: Ni+1 = (%h) (với = = 0.083) N1 = …… Số liệu xử lí trình bày thành bảng sau: N= i T Gi Wi dw/dt Phút (g) (%) (%h) tb 174,1 281 10 256 15 243 20 230 25 217 30 205 35 192 40 180 10 45 167 11 50 155 12 55 144 269 Tk Tư Pb (mmHg Ph (mmHg tb ) ) 238,55 188,7 57,86 50,23 85 80 224,10 188,7 57,86 50,23 85 80 208,43 188,7 57,86 50,23 85 80 192,77 188,7 57,86 50,23 85 80 177,11 174,1 57,86 50,23 85 80 161,45 188,7 57,86 50,23 85 80 146,99 174,1 57,86 50,23 85 80 131,33 188,7 57,86 50,23 85 80 116,87 174,1 57,86 50,23 85 80 101,20 159,6 57,86 50,23 85 80 86,75 159,6 57,86 57,86 50,23 50,23 85 85 80 80 Thực hành kỹ thuật trình thiết bị 13 60 133 14 65 123 15 70 114 16 75 107 17 80 101 18 85 94 19 90 90 20 95 87 21 100 85 73,49 145,1 60,24 130,6 57,86 50,23 85 80 48,19 101,6 57,86 50,23 85 80 37,35 57,86 50,23 85 80 28,92 87,10 101,6 57,86 50,23 85 80 21,69 57,86 50,23 85 80 13,25 58,06 57,86 50,23 85 80 8,43 43,55 57,86 50,23 85 80 4,82 29,03 57,86 50,23 85 80 2,41 29,03 57,86 50,23 85 80 Theo lí thuyết Diện tích bề mặt giấy lọc: (ta có chiều dài khăn 32cm, chiều rộng khăn 24cm) F = d.r.4 = 0.31×0.15×4 = 0.3072 (m2) Cường độ ẩm: (là khả bay ẩm từ bề mặt thoáng) Jm = (Pb (TB) – Ph (TB)) = 0.0507.(85 – 80) = 0.2535 (kg/m2.h) Trong đó: • B: áp suất phòng sấy B = 760 mmHg • m m : hệ số trao đổi ẩm tính theo chênh lệch áp suất (kg/m2.h.mmHg) = 0.0229 + 0.0174.Vk = 0.0229 + 0.0174.1,6 =0.0507 Thực hành kỹ thuật trình thiết bị • V k = 1,6 (m/s): tốc độ khí phòng sấy Tốc độ sấy đẳng tốc: G0 = 83g = 0.083kg Nđt = 100 Jm = 100 0.2535 = 93.83 (%h) Độ ẩm tới hạn: Wth = + = + = 135.53 % Trong đó: • W1: độ ẩm ban đầu trước đem sấy (%) • Wc = 3% : độ ẩm cân Thời gian sấy: Thời gian sấy đẳng tốc: T1 = = = 1.1 (h) Thời gian sấy giảm tốc: T2 = ×ln Với: Wcuối độ ẩm cuối trình sấy Do Wcuối = 2.41< Wc = nên thời gian sấy giảm tốc Suy : TSấy = T1 = 1.1 (h) Lập bảng so sánh: W Thực nghiệm Wtb = 99.25 Lí thuyết Wth = 135.53 Sai số: (%) sai số = ×100% N Ntb = 136.86 Nđt = 93.83 T 105 phút 66 phút Vẽ đồ thị Đồ thị đường cong sấy (W-T): Đồ thị đường cong tốc độ sấy ( N-W): IV Bàn luận Trả lời câu hỏi Thực hành kỹ thuật trình thiết bị Nếu độ ẩm cuối 20% với nhiệt độ 60°C thời gian sấy : Tsấy= T1+ T2 Thời gian sấy đẳng tốc là:T1 = = = 1.1 (h) Thời gian sấy giảm tốc là: T2 = ×ln=×ln= 2.9 (h) Tsấy= 1.1 + 2.9= (h) Khi sấy thực nghiệm việc hồi lưu khí thải có không ? Vì ? Có thể hồi lưu khí thải khỏi buống sấy mang nhiệt lượng ta cần tận dụng để tiết kiệm lượng Việc sấy tuần hoàn giúp ta điều khiển độ ẩm không khí ứng dụng để sấy vật liệu không chịu điều kiện ẩm Tại lí thuyết thực nghiệm có sai khác ? Có cách khắc phục không có cách ? Thiết bị sấy trai đổi nhiệt với môi trường bên , độ nhạy cân không xác đọc kết không xác Cách khắc phục +Nắm rõ thao tác kỹ thuật trước làm thí nghiệm +Đọc kết tính toán cẩn thận, lấy sai số mức tối thiểu Nhận xét đồ thị − Đồ thị Đường cong sấy cho thấy lượng nước vật liệu mang sấy giảm dần theo thời gian sấy Tuy nhiên, không nhận thấy phân biệt rõ ràng giai đoạn sấy: sấy tăng tốc, sấy đẳng tốc, sấy giảm tốc độ dốc đồ thị ví dụ − tài liệu Đồ thị đường cong tốc độ sấy chưa thể rõ trình Có thể sai sót người đọc kết sai số thiết bị − Nguyên nhân việc sai số xuất phát từ nguyên nhân sau: +Sai số người thực thao tác chưa chuẩn +Sai số dụng cụ thí nghiệm có sai số, chưa xác + Sai số trình tính toán, làm tròn Bài : THÍ NGHIỆM HẤP THU KHÍ (THÁP ĐIỆM) I Mục đích thí nghiệm: Thực hành kỹ thuật trình thiết bị - Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất khả hoạt động cột chêm cách xác định: + Ảnh hưởng vận tốc dòng khí lỏng lên tổn thất áp suất( độ giảm áp) qua cột + Sự biến đổi hệ số ma sát cột khô fck theo chuẩn số Reynolds (Re) dòng khí suy hệ số thực nghiệm + Sự biến đổi thừa số liên hệ độ giảm áp dòng khí qua cột khô cột ướt theo vận tốc dòng lỏng + Giảm độ giới hạn khả hoạt động cột II Báo cáo thí nghiệm Xử lý số liệu a Tính toán cho cột khô • L=0 Hàng V (/phút) 2.5 3.5 4.5 Số lớn 40 40.1 40 30.1 40.4 40.7 Số nhỏ 38.8 38.7 38.8 38.7 38.4 38 Tính toán mẫu cho hàng /phút = 2,83.10-2 (m3/phút) = (m3/s) /phút = = 9,43.10-4 (m3/s) Tương tự ta có bảng sau Hàng V (m3/s) 0,000943 0,001179 0,001415 0,001651 0,001887 0,002123 12 14 12 14 20 27 Thực hành kỹ thuật trình thiết bị Nhiệt độ vận hành cột khô 306K (33oC) Theo bảng phụ lục tra số liệu không khí tháp ta có: T1 = 300K , , T2 = 350K , , Dùng nội suy 306K ta có: Tương tự tính cho bảng lại ta có bảng sau: i V(m3/s) G 0,000943 117,7 0,23716 2 0,001179 logG Re logRe 0,8253 163,5 2,214 -0,62496 2049, 16 0,29651 137,3 190,75 2,28 -0,52796 2561, 97 0,7908 0,001415 0,35587 117,7 163,5 2,214 -0,4487 3076, 86 0,7624 0,001651 0,41522 137,3 190,75 2,28 -0,38172 3587, 67 0,7393 0,001887 0,47457 196,2 272,5 2,435 -0,3237 4100, 48 0,7198 0,002123 0,53393 264,8 367,88 2,566 -0,27252 4613, 37 0,7030 0,082 53 0,101 93 0,117 78 0,131 18 0,142 78 0,153 02 10 3,3116 3,4086 3,4878 3,5548 3,6128 3,6640 + Độ ẩm bã: (% Kg ẩm/ Kg vật liệu ướt) Áp suất lọc Khi lọc với áp suất không đổi Trong đó: : Độ nhớt (Kg/ms) V: Thể tích nước lọc (m3) S: Diện tích bề mặt lọc (m2) : thời gian lọc ấn định trước : Trở lực riêng (1/m2) trở lực lớp bã tạo thành (1 Kg bã khô / m2 bề mặt) = Va/V0 : Tỉ số lượng bã ẩm (m3/lượng nước lọc) Rv: trở lực vách ngăn (1/m) Lọc với tốc độ không đổi W = const (N/m2) Vât ngăn lọc Phải có tính chất phù hợp với huyền phù, gồm loại vải đan loại sau: tơ nhân tạo, sợi bông, đay, gai; dạng lưới kim loại Chất trợ lọc Diatomit trắng tạo từ 94% SiO2 Bề mặt riêng 20m2/g, bền axit, xử dụng rộng rãi, tạo độ xốp 93% X Máy Lọc Khung Bản Cấu tạo Máy lọc khung gồm có dãy khung củng kích thước xếp liền nhau, khung có vải lọc.Huyền phù đưa vào rãnh tác dụng áp suất vào khoảng trống khung Chất lỏng qua vải lọc sang rãnh theo van Các hạt rắn đươc giữ lại tạo thành bã chứa khung Quá trình lọc – trở lực vải lọc và bã lọc Lọc ép đưa tới kết lớp hạt rắn tạo thành vải lọc gồm mao quản cảu bã lọc vật ngăn chuyển động dòng cần phải có áp suất để khắc phục trở lực vật ngăn trở lực bã lọc Trở lực ống dẫn không đáng kể Trở lực bã lọc Phương trình kozeny – carman đo hiệu áp suất qua hạt rắn có dòng chảy dùng để tính hiệu áp suất lọc (1) Trong : : Độ nhớt (Kg/ms) V: Thể tích nước lọc (m3) S: Diện tích bề mặt lọc (m2) : thời gian lọc ấn định trước : Trở lực riêng (1/m2) trở lực lớp bã tạo thành (1 Kg bã khô / m2 bề mặt) = Va/V0 : Tỉ số lượng bã ẩm (m3/lượng nước lọc) (2) :Hằng số S: số chịu nén; s=0 cho bã lọc không nén được, thông thường s có giá trị 0.1-1.0 Trở lực vải lọc (3) Rv: trở lực vật ngăn lọc 1.1.1 Phương trình lọc tổng quát Phương trình (1), (3) đưa tới phương trình vi phân trình lọc (4) Tích phân với , thu được: (5) Đặt lượng nước lọc riêng, (m3/m2) Phương trình (5) viết gọn lại: Trong : XI Nguyên lý lọc cấp Sơ đồ thiết bị thí nghiệm XII Phương Pháp Thí Nghiệm Thí nghiệm lọc cấp a Các bước tiến hành thí nghiệm B1: pha 510g bột CaCO3 vào 17 lít nước vào xô nhựa để có huyền phù CaCO3 3% khối lượng B2: Đóng van V1, V2 B3: cho dung dịch pha vào bồn chứa dung dịch B4: bật công tắc máy khuấy B5: mở van V3, V4, V5, V6 B6: mở bơm, điều chỉnh V4 đồng hồ áp suất mức mong muốn B7: hứng dung dịch lọc đầu C1 ghi thời gian cho 1000ml đặt biệt ghi thời gian không ổn định B8: lặp lại thí nghiệm cho nhiều lần với áp suất khác (3 lần) Bảng số liệu 1: ∆P1= 0.1 τ ( s ) 4 5 8 V ( l í t ) ∆P2= 0.2 τ ( s ) 4 4 4 7 V ( l í t ) ∆P3= 0.6 τ ( s ) 3 4 V ( l í t ) ∆P4= 0.8 τ ( s ) 3 3 3 4 V ( l í t ) ∆P5= 1.0 τ ( s ) 2 3 3 V ( l í t ) b Xử lí số liệu và vẽ đồ thị Với ∆P1 = 0.1 mở hoàn toàn - Tổng τ (s): - Tổng V (lít): Στ1 = τ0 + τ1 = + = ΣV1 = ΣV0 + V1 = Στ2 = τ0 + τ1 + τ2 = + 4+ = ΣV2 = ΣV1 + V2 = Στ3 = Στ2 + τ3 = 13 ΣV3 = ΣV2 + V3 = Στ4 = Στ3 + τ4 = 17 ΣV4 = ΣV3 + V4 = Στ5 = Στ4 + τ5 = 22 ΣV5 = ΣV4 + V5 = Στ6 = Στ5 + τ6 = 26 ΣV6 = ΣV5 + V6 = Στ7 = Στ6 + τ7 = 31 ΣV7 = ΣV6 + V7 = Στ8 = Στ7 + τ8 = 37 ΣV8 = ΣV7 + V8 = Στ9 = Στ8 + τ9 = 45 ΣV9 = ΣV8 + V9 = Στ10 = Στ9 + τ10 = 53 ΣV10 = ΣV9 + V10 = 10 Ta có bảng sau: - Với ∆P1 = 0.1: Σ τ ( s ) Σ V 2 3 5 3 ( l ) Tương tự ∆P1ta có giá trị: - Với ∆P2 = 0.2: Σ τ ( s ) Σ V ( l ) 1 4 7 - Với ∆P3 = 0.3: Σ τ ( s ) Σ V 9 3 3 1 2 1 1 2 8 ( l ) - Với ∆P4 = 0.8: Σ τ ( s ) Σ V ( l ) - Với ∆P5 = 1.0: Σ τ ( s ) Σ V ( l ) Thí nghiệm lọc cấp a Các bước tiến hành: B1: pha 510g bột CaCO3 vào 17 lít nước vào xô nhựa để có huyền phù CaCO3 3% khối lượng B2: Đóng van V1, V2 B3: cho dung dịch pha vào bồn chứa dung dịch B4: bật công tắc máy khuấy B5: mở van V3, V4, V5, V8 , đóng V6, V7 B6: mở bơm, điều chỉnh V4 đồng hồ áp suất mức mong muốn B7: hứng dung dịch lọc đầu C1 ghi thời gian cho 1000ml đặt biệt ghi thời gian không ổn định B8: lặp lại thí nghiệm cho nhiều lần với áp suất khác (3 lần) Bảng số liệu 2: ∆P1= 0.2 τ ( s ) 5 5 5 6 V ( l í t ) ∆P2= 0.4 τ ( s ) 4 4 5 V ( l í t ) ∆P3= 0.6 τ ( s ) 4 4 4 V ( l í t ) ∆P4= 0.9 τ ( s ) 4 4 4 V ( l í t ) ∆P5= 1.1 τ ( s ) 3 3 3 V ( l í t ) b Xử lý số liệu: Với ∆P1 = 0.2 mở hoàn toàn - Tổng τ (s): - Tổng V (lít): Στ1 = τ0 + τ1 = + 12 ΣV1 = ΣV0 + V1 = Στ2 = τ0 + τ1 + τ2 = + 12 + = ΣV2 = ΣV1 + V2 = 18 ΣV3 = ΣV2 + V3 = Στ3 = Στ2 + τ3 = 23 ΣV4 = ΣV3 + V4 = Στ4 = Στ3 + τ4 = 28 ΣV5 = ΣV4 + V5 = Στ5 = Στ4 + τ5 = 33 ΣV6 = ΣV5 + V6 = Στ6 = Στ5 + τ6 = 38 ΣV7 = ΣV6 + V7 = Στ7 = Στ6 + τ7 = 43 ΣV8 = ΣV7 + V8 = Στ8 = Στ7 + τ8 = 48 ΣV9 = ΣV8 + V9 = Στ9 = Στ8 + τ9 = 54 ΣV10 = ΣV9 + V10 = 10 Στ10 = Στ9 + τ10 = 60 Ta có bảng sau: - Với ∆P1 = 0.2: Σ τ ( s ) Σ V 8 3 4 6 ( l ) Tương tự ∆P1ta có giá trị: - Với ∆P2 = 0.4: Σ τ ( s ) Σ V ( l ) 2 3 4 4 - Với ∆P3 = 0.6: Σ τ ( s ) Σ V 1 2 3 4 1 2 3 5 9 2 9 ( l ) - Với ∆P4 = 0.9: Σ τ ( s ) Σ V ( l ) - Với ∆P5 = 1.1: Σ τ ( s ) Σ V ( l ) Nhận xét: − Đồ thị biễu diễn trình lọc không ổn định trình thao tác không xác , không nắm vững qui tắc vận hành thiết bị thời gian lấy mẫu − Diện tích bề mặt lọc lớn , dễ dàng thay đổi màng lọc theo loại dung dich lọc khác − Bỏ qua sai số trình tiến hành thí nghiệm , ta thấy tăng áp suất lượng nước đơn vị diện tích lọc tăng lưu lượng dung dịch lọc cũng tăng theo − Qua phương trình ta thấy tốc độ lọc không thay đổi áp suất lọc biến thiên tuyến tính theo thời gian lọc Nguyên nhân sai số: - Các thao tác kỹ thuật trình thí nghiệm vụng - Các giá trị đo lấy sai số - Sai số trình tính toán, xử lý số liệu Cách khắc phục: - Kiểm tra thiết bị trước sau làm thí nghiệm Báo cho phận sửa chữa có phát hư hỏng Đọc kết quả và tính toán cẩn thận, lấy sai số ở mức tối thiểu