Báo cáo quá trình thiết bị Lọc khung bản

Tốc độ lọc và các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian lọc Lượng nước lọc thu được trên một đơn vị diện tích bề mặt vách ngăn lọc trên một đơn vị thời gian gọi là tốc độ lọc... W = dV Fdτ , m/

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM MÔN THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Đề tài:

LỌC KHUNG BẢN

TP Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2018

GVHD : Th.S TRẦN NGỌC THẮNG

SVTH: Nguyễn Thị Thu Ngân

MSSV: 15065141

LỚP: DHHO11E

NHÓM: 1

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt bài báo cáo này, tôi xin chân thành:

Cảm ơn Nhà trường nói chung và khoa Công nghệ Hóa học nói riêng đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi được học tập và thực hành

Cảm ơn Trung tâm thư viện đã tạo điều kiện cho tôi mượn sách và các tài liệu liên quan đến bài báo cáo

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thạc sĩ Trần Ngọc Thắng, người đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hành Xin kính chúc Thầy nhiều sức khỏe và thành công trong việc đào tạo những thế hệ tri thức tiếp theo trong tương lai

Một lần nữa,xin thành thật cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2018

Sinh viên Nguyễn Thị Thu Ngân

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

BÀI 1 LỌC KHUNG BẢN

 Khảo sát quá trình hoạt động của máy lọc khung bản

 Xác định vận tốc lọc trung bình, chu kì lọc và năng suất lọc

 Xác định các hệ số lọc và phương trình lọc, mối quan hệ giữa động lực quá trình lọc và năng suất máy lọc

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

II.1 Nguyên tắc làm việc

Mục đích của quá trình lọc là phân riêng pha liên tục và pha phân tán cùng tồn tại trong một hỗn hợp

Khái niệm:

Lọc là quá trình được thực để phân riêng các hỗn hợp nhờ một vật ngăn xốp Một pha đi qua ngăn xốp còn pha kia được giữ lại Vật ngăn có thể là dạng hạt: cát,

đá, than; dạng sợi như tơ nhân tạo, sợi bông, đay, gai; dạng tấm lưới kim loại; dạng vật ngăn như sứ xốp, thủy tinh xốp,…

Chênh lệch áp suất hai bên vách ngăn lọc được gọi là động lực của quá trình lọc nghĩa là:

P = P1 - P2

Động lực của quá trình lọc có thể tạo ra bằng ba cách sau:

- Dùng áp lực của cột chất lỏng (áp suất thủy tĩnh)

- Dùng máy bơm hay máy nén đưa huyền phù vào(lọc áp suất)

- Dùng bơm chân không (lọc chân không)

II.2 Phương trình lọc

2.2.1 Tốc độ lọc và các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian lọc

Lượng nước lọc thu được trên một đơn vị diện tích bề mặt vách ngăn lọc trên một đơn vị thời gian gọi là tốc độ lọc

W = dV Fdτ , m/s (1.1)

Trong đó:

V: Thể tích nước lọc thu được, m3

F: Diện tích bề mặt vách lọc, m2

: thời gian lọc, s

Quá trình lọc huyền phù phụ thuộc vào các yếu tố sau: Tính chất huyền phù:

độ nhớt, kích thước và hình dạng pha phân tán; động lực quá trình lọc; trở lực bã và vách ngăn; diện tích bề mặt vách lọc

Theo DAKSI, tốc độ lọc có thể biểu diễn dưới dạng phương trình sau:

W = dV Fdτ=

∆ P

Trong đó:

μ: độ nhớt của pha liên tục, N/s.m2

∆ P: động lực quá trình

Rb, Rv: trở lực của bã và của vách lọc 1/m

Gọi:

R0: trở lực riêng của bã lọc (1/m2): trở lực của bã dày 1m

H0: chiều dày của lớp bã, m

X0=V a

V : tỉ số giữa thể tích bã ẩm thu được và thể tích nước lọc

Vậy:

Rb = r0.h0= r0.V a

Thay (1.3) vào phương trình (1.2) ta được:

dV = ∆ P F

µ (r o X o V

F+R v)

d

(1.4)

Khi nghiên cứu quá trình lọc, để đơn giản người ta chỉ tiến hành ở hai chế độ

là lọc với áp suất không đổi và lọc với tốc độ lọc không đổi

2.2.2 Lọc với áp suất không đổi, ∆P = const

Gọi q = V/F – lượng nước lọc riêng: là lượng nước lọc thu được trên 1m2 bề mặt vách lọc, m3/m2

Từ phương trình (1.4), với điều kiện bã lọc và vách lọc không chịu nén ép nghĩa là: r0 = const và RV = const, biến đổi và tích phân hai vế phương trình trên

ta được:

∫

0

V

(μ r0 X0

F VdV +μ R v dV)=∫

0

τ

F ∆ P dτ (1.5) Hay: µ.r o X o V2+2 µ Rv F V =2 F2 ∆ P (1.6)

Chia hai vế phương trình (1.6) choµ.r o X o/F2 ta được:

(V F)2+2 R v

r0X0

V

F=

2 ∆ P

μ r0 X0

τ

q2

Đây là phương trình lọc với áp suất không đổi

Trong đó:

C= R v

r o X o; Kτ= 2 ∆ P

µ r o X o là các hằng số lọc, đặc trưng cho một quá trình lọc xác định

Vi phân hai vế phương trình (1.7) theo dq ta được:

2q + 2C = k.dq d

dq d =2

Kτ q+

2 C

Từ phương trình (1.8) ta nhận thấy: mối quan hệ giữa dq d – q, là đường thẳng

có hệ số góc là 2/K và tung độ gốc là 2C/K Như vậy khi làm thí nghiệm lọc, dựng

đồ thị mối quan hệ giữa hai đại lượng này, nếu quan hệ này là đường thẳng thì kết luận được rằng đây là quá trình lọc với áp lực không đổi đồng thời ta cũng xác định được các hằng số lọc C và K

2.2.3 Lọc với tốc độ lọc không đổi (w=const)

Do tốc độ lọc là không đổi nên sự biến thiên thể tích nước lọc trong một đơn

vị thờigian là hằng số Do đó phương trình (1.4) được viết dưới dạng:

W = V

F =

∆ P

µ (r0 X0 V

Nhận thấy rằng: ∆P= ∆Pb + ∆Pv= µ.ro.Xo.w2. + µ.Rv.w

Vậy: ∆P = A + B

Nghĩa là động lực của quá trình lọc tuyến tính theo thời gian

III TRANG THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT, NGUYÊN LIỆU

Thiết bị lọc được thiết kế chế tạo ở nhiều dạng, nhiều kiểu khác nhau để phù hợp với các điều kiện cụ thể riêng biệt Theo theo cách thức hoạt động, người ta chia ra: thiết bị lọc gián đoạn và thiết bị lọc liên tục

Trong bài này ta tiến hành với máy lọc khung bản

Sơ đồ nguyên lý hoạt động:

Máy lọc khung bản có cấu tạo gồm các bộ phận chính như sau: Bồn chứa nguyên liệu, bơm tạo áp lực cho chất lỏng, khung bản lọc, các van điều chỉnh, lưu lượng kế và các áp kế đo áp suất trước và sau khung bản lọc

Máy lọc gồm một dãy các khung bản cùng kích thước xếp liền nhau trên một khung đỡ, giữa khung và bản có các tấm ngăn xốp thực hiện phân riêng Bản đầu tiên gọi là bản cố định, cuối cùng là một bản di động Ép chặt khung và bản bằng cơ cấu vít đai ốc được thực hiện bởi tay quay Huyền phù được đưa vào khung bằng van V3, nước trong thu được theo đường van V4, bã lọc bị giữ lại trên các tấm ngăn xốp

Trên bề mặt của bản người ta xẻ các rãnh thẳng đứng song song với nhau và hai rãnh nằm ngang ở hai đầu Rãnh nằm ngang bên dưới có thông với van tháo nước lọc và nước rửa Khung rỗng tạo thành phòng lọc để chứa cặn

Nguyên liệu thí nghiệm: Huyền phù.

IV.1 Tiến hành thí nghiệm với áp suất lọc không đổi

Các bước tiến hành thí nghiệm:

Kiểm tra tổng quát thiết bị, cho huyền phù vào bể chứa nguyên liệu, lắp vách ngăn lọc vào trong các khung bản và ép chặt khung và bản bằng tay quay

Kiểm tra nguồn điện, khóa van v2, v6; mở hoàn toàn van v1, v4; mở

¼ van v3, bật công tắc bơm

Thay đổi áp suất trên áp kế P1 bằng cách điều chỉnh van số 3, đọc các

giá trị áp suất trên áp kế P1, P2 và thời gian thu được một thể tích nước lọc

cố định

Dừng máy, tháo các tấm ngăn lọc, rữa bã đồng thời đo thời gian rữa

bã và các thời gian thao tác phụ để xác định chu kỳ lọc

2.2.4 Tiến hành thí nghiệm với tốc độ lọc không đổi

Các bước tiến hành thí nghiệm:

Kiểm tra tổng quát thiết bị, cho huyền phù vào bể chứa nguyên liệu,

lắp vách ngăn lọc vào trong các khung bản và ép chặt khung, bản bằng tay

quay

Kiểm tra nguồn điện, khóa van v2, v6; mở hoàn toàn van v1, v4; mở

van v3, bật công tắc bơm

Điều chỉnh van v4 sao cho lưu lượng không đổi ở một giá trị nhất

định, đọc các giá trị áp suất trên áp kế P1, P2 trong những thời điểm khác

nhau

Dừng máy, tháo các tấm ngăn lọc, rữa bã

Lặp lại thí nghiệm hai lần với lưu lượng tương ứng Q 1 , Q 2

 Xác định lượng nước lọc riêng:

q = V/F, m 3 /m 2

 Tính vận tốc lọc bằng lưu lượng chia cho tổng diện tích bề mặt vách lọc

W = Q/F ,m/s

Dùng phương pháp bình phương cực tiểu để tìm phương trình cho đồ thị dạng:

Y = A*x + B

6.1 Kết quả đo

Bảng 1 Lọc với áp suất không đổi

1

0,3 bar

1

0,5 bar

VI.2 Xử lý số liệu

Xác định số tấm vách ngăn xốp sử dụng trong quá trình làm thí

nghiệm, đo kích thướt của vách ngăn xốp để xác định diện tích bề mặt vách

ngăn lọc:

Trong thí nghiệm này có sử dụng 10 tấm vách ngăn, kích thướt đo

200x200mm Vậy diện tích bề mặt vách ngăn lọc F = 0.2x0.2x10 = 0.4 m2

Xác định lượng nước lọc riêng q = V/F, m3/m2

Xác định biến thiên thời gian dτi

Xác định biến thiên lượng nước lọc riêng: dqi, suy ra tỷ số dτi/dqi

Bảng 2 Kết quả xử lý số liệu (chung cho hai điều kiện áp suất)

q (m 3 /

0,3 bar

1

0,5 bar

Vẽ đồ thị mối liên hệ Δτ/Δq – q , theo lý thuyết đồ thị sẽ là một đường thẳng

Dạng đường thẳng: Y = AX + B (A = 2/K; B = 2C/K)

0 500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

f(x) = 21160 x + 2686.6 R² = 0.43

0,3 bar

q

Đồ thị Δτ/Δq – q ở điều kiện áp suất lọc không đổi 0.3 bar

Dựa vào đồ thị ta tính được hằng số lọc C và K, sau đó viết phương

trình lọc khi áp suất không đổi

Đồ thị có dạng Y = 21160X + 2686,6; suy ra C= 0,1269 và K=

9,45,10-5; ta viết được phương trình lọc với áp suất không đổi là:

q2 + 0,2538q= 9,45.10-5 τ

Tương tự, tiến hành thí nghiệm với áp suất lọc 0,5 bar ta có đồ thị và các kết quả:

1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700

f(x) = 4480 x + 2372.8 R² = 0.03

0,5 bar

q

Đồ thị Δτ/Δq – q ở điều kiện áp suất lọc không đổi 0,5 bar

Đồ thị có dạng y = 4480x + 2372,8, suy ra C =0,5291 và K =4,46.10-4 ta viết được phương trình lọc với áp suất không đổi là

q2 + 1,0583q= 4,46.10-4τ

VII ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

7.1 Nhận xét về kết quả thí nghiệm, dựa vào kết quả thí nghiệm so sánh với lý thuyết.

Dựa vào kết quả thí nghiệm, ta thấy có nhiều sai số; đồ thị không là đường thẳng mà là đường cong gần thẳng gần đúng với lý thuyết

7.2 Đánh giá sai số thí nghiệm, loại bỏ các sai số thô.

Sai số có thể hình thành trong trường hợp thao tác không đồng điều dẫn đến máy làm việc không chính xác Phần khác có thể là do nước lọc được tuần hoàn lại nhiều lần dẫn đến quả đo ở điều kiện lọc khác nhau không có sự khác biệt đáng kể