Báo cáo Thực hành Kỹ Thuật Qúa trình thiết bị

 Bỏ qua sai số trong quá trình tiến hành thí nghiệm , ta có thể thấy được khi tăng áp suất thì lượng nước trên một đơn vị diện tích lọc tăng và lưu lượng dung dịchlọc cũng tăng theo.. K

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨMMÔN TH KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ



BÁO CÁO THỰC HÀNH

KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

Họ tên sinh viên: Đặng Thị Kim NgânMSSV: 2005160137

Lớp: Chiều thứ 3 (7 – 11)GVHD: Võ Văn Sim

TP.HCM, ngày 17 tháng 5 năm 2019

Trang 2

MỤC LỤC

Contents

BÀI 1 LỌC KHUNG BẢN 3

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1 Khái niệm quá trình lọc 3

2 Nguyên tắc lọc 3

3 Áp suất lọc 3

4 Vật ngăn lọc 4

5 Chất trợ lọc 4

II THÍ NGHIỆM 4

1 Số liệu thực nghiệm 4

2 Tính toán 4

3 Vẽ đồ thị 5

III KẾT LUẬN 6

1 Đồ thị 6

2 Tính toán 6

3 Nguyên nhân sai số 6

4 Cách khắc phục 6

IV TRẢ LỜI CÂU HỎI CHUẨN BỊ 6

BÀI 2 HẤP THU KHÍ (THÁP ĐỆM) 9

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

1 Khái niệm quá trình hấp thu 9

2 Ứng dụng quá trình hấp thu 10

3 Phương pháp lựa chọn dung môi hấp thu 10

4 Phương pháp hấp thu 11

5 Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu 11

7 Thiết bị hấp thu: 12

II TÍNH TOÁN 12

Trang 3

2 Xử lí số liệu: 13

IV TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI CHUẨN BỊ 19

BÀI 3 CÔ ĐẶC 22

1 Khái niệm chung 22

2 Cơ sở lý thuyết 22

3 Thiết bị thí nghiệm 24

4 Sơ đồ thiết bị 25

II THÍ NGHIỆM 25

1 Tính toán 26

 Nồng độ phần khối lượng của dung dịch đường nhập liệu : 26

2 Vẽ đồ thị 27

3 Tính sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm 28

BÀI 4 CHƯNG CẤT 32

2 Mô hình mâm lý thuyết 33

3 Phương trình cân bằng vật chất 33

4 Hiệu suất 34

5 Sơ đồ nguyên lý thiết bị 35

II TÍNH TOÁN 35

3 Vẽ đồ thị 37

1 Đồ thị 38

2 Kết quả thí nghiệm 38

Trang 4

BÀI 5 SẤY ĐỐI LƯU 40

2 Tĩnh lực học quá trình sấy 41

3 Động học quá trình sấy 43

4 Thiết bị sấy 44

5 Sơ đồ nguyên lý thiết bị 45

2 Vẽ đồ thị 48

BÀI 6 TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG 53

1 Các thông số cơ bản 53

2 Các khái niệm 54

3 Các quá trình truyền nhiệt 55

II TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG 60

1 Mục đích của thí nghiệm 60

2 Các bước tiến hành 61

III THÍ NGHIỆM 62

3 Kết luận 72

Trang 5

BÀI 1 LỌC KHUNG BẢN

1 Khái niệm quá trình lọc

Lọc là quá trình phân riêng các hỗn hợp nhờ 1 vật ngăn xốp, vật ngăn xốp có khả năng cho 1 pha đi qua còn pha kia được giữ lại nên còn gọi là vách ngăn lọc

2 Nguyên tắc lọc

Tạo ra trên huyền phù một áp suất P1, pha lỏng xuyên qua các mao dẫn, pha rắn

bị giữ lại chênh lệch giữa hai vách ngăn gọi là động lực quá trình lọc

∆P=P1-P2

Có thể tạo động lực của quá trình lọc bằng các cách sau:

 Tăng áp suất P1: dùng cột áp thuỷ tĩnh, máy bơm hay máy nén

 Giảm áp suất P2: dùng bơm chân không

Cân bằng vật chất trong quá trình lọc:

Vh=V0+V1=Va+V

Gh=G0+G1=Ga+G

Trong đó: Vh,Gh: Thể tích và khối lượng hỗn hợp huyền phù đem đi lọc

V0,G0: Thể tích và khối lượng chất rấn khô

V1,G1: Thể tích và khối lượng nước lọc nguyên chất

Trang 6

: Thời gian lọc được ấn định trước

r0: Trở lực riêng (1/m2) trở lực lớp bã tạo thành (1kg bã khô/1m2 bề mặt)

X0=Va/V0: Tỉ số giữa lượng bã ẩm (m3/lượng nước lọc (m3))

Rv: Trở lực vách ngăn (1/m)

b Lọc với tốc độ không đổi

W= const (Kém hiệu quả)

Trang 8

 Bỏ qua sai số trong quá trình tiến hành thí nghiệm , ta có thể thấy được khi tăng

áp suất thì lượng nước trên một đơn vị diện tích lọc tăng và lưu lượng dung dịchlọc cũng tăng theo

 Qua phương trình ta thấy được khi tốc độ lọc không thay đổi áp suất lọc biến thiên tuyến tính theo thời gian lọc

3 Nguyên nhân sai số

 Các thao tác kỹ thuật trong quá trình thí nghiệm còn vụng về

 Các giá trị đo được lấy sai số

 Sai số trong quá trình tính toán, xử lý số liệu

4 Cách khắc phục

 Kiểm tra thiết bị trước và sau khi làm thí nghiệm Báo ngay cho bộ phận sửa chữa nếu có phát hiện hư hỏng

 Đọc kết quả và tính toán cẩn thận, lấy sai số ở mức tối thiểu

1 Nêu mục đích bài thí nghiệm?

 Làm quen với cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc khung bản

 Biết chế độ vận hành, kiểm tra trước khi vận hành thiết bị

 Vận hành thí nghiệm lọc huyền phù CaCO3 trong nước với áp suất không đổi

 Xác định các hệ số lọc theo số liệu thí nghiệm thu được

2 Lọc sử dụng dùng để làm gì? Cho ví dụ?

 Lọc sử dụng để phân riêng hay tách các hỗn hợp không đồng nhất (lỏng – rắn)

Trang 9

 Ví dụ: lọc nước rau má sau khi xay, lọc dầu sau khi ép,…

3 Nêu các phương pháp tạo chênh lệch áp suất khi lọc?

Các phương pháp tạo chênh lệch áp suất khi lọc là: Làm dày hay làm mỏng váchlọc bằng lớp bã lọc,Thay đổi vận tốc chảy của lưu chất.Tạo áp lực bên lọc hay đặt máyhút bên sản phẩm

4 Lọc có máy chế độ, được đặc trưng bằng đại lượng nào?

Lọc có 2 chế độ lọc: lọc chân không và lọc ép được đặt trưng bằng bề mặt lọc.Lọc chânkhông thì bề mặt lọc được đổi mới liên lục (cạo bã liên tục).Lọc ép thị phải tạo lớp bã

đủ dày để tạo thành áo lọc

5 Phương trình vi phân lọc và nghiệm của nó?

V X r d

S dV

:lượng nước lọc riêng (m3/m2)

Phương trình (*) được viết gọn lại như sau: q2+2.C.q=K

Vậy nghiệm của nó là q

6 Nêu cấu tạo nguyên lý họat động, ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của lọc khung bản?

 Cấu tạo: Máy lọc khung bản gồm có một dãy các khung và bản cùng kích thước

xếp liền nhau, giữa khung và bản có vải lọc.Huyền phù được đưa vào rảnh dướitác dụng của áp suất rồi vào khoảng trống của khung Chất lỏng qua vải lọc sangcác rãnh của bản rồi theo van ra ngoài Các hạt rắn được giữ lại tạo thành bãchứa trong khung

 Nguyên lý hoạt động: cho huyền phù vào 1 bên vách ngăn rồi tạo ra trên bề mặtlớp huyền phù áp suất P1, Lỗ dẫn huyền phù nhập liệu của khung và bản đượcnối liền tạo thành ống dẫn nhô ra để ghép với hệ thống cấp liệu Nước lọc chảy

ra từ bản qua hệ thống đường ống và lấy ra ngoài Bã được giữ lại trên bề mặtvách ngăn lọc và được chứa trong khung Khi bã trong khung đầy thì dừng quátrình lọc để tiến hành rửa và tháo bã

Trang 10

 Ưu điểm: Bề mặt lọc lớn Dịch lọc trong và loại bỏ được nấm men.Tấm đỡ cóthể thay thế dễ dàng Lọc được cặn bẩn Không cần người có chuyên môn cao.

 Nhược điểm: Cần nhiều thời gian vệ sinh Phải thay thế tấm đỡ theo chu kỳ.Giáthành tấm đỡ cao Dịch chảy nhiều, phân bố không đồng đều.Phải tháo khungbản khi cần giảm áp suất

7 Kể tên một vài loại thiết bị lọc ngoài lọc khung bản?

 Thiết bị lọc ép sử dụng cột lọc

 Thiết bị lọc chân không dạng thùng quay

 Thiết bị lọc ly tâm

 Thiết bị lọc ép,…

8 Nêu các phương pháp để tăng năng suất lọc?

Các phương pháp để tăng năng suất lọc là: tăng áp lực lọc, tăng tốc độ lọc, gia nhiệt trong quá trình lọc để giảm độ nhớt

9 Nêu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lọc?

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lọc:

2

2 0 0 2

S

V S R X r V





Trang 11

r0 trở lực riêng (1/m2), trở lực lớp bã tạo thành (1kg bã khô/1m2 bề mặt)

X0= Va/V0: tỉ số giữa lượng bã ẩm (m3/ lượng nước lọc (m3))

 thời gian lọc được ấn đính trước

r0 trở lực riêng (1/m2), trở lực lớp bã tạo thành (1kg bã khô/1m2 bề mặt)

X0= Va/V0: tỉ số giữa lượng bã ẩm (m3/ lượng nước lọc (m3))

RV: trở lực vách ngăn (1/m)

BÀI 2 HẤP THU KHÍ (THÁP ĐỆM)

1 Khái niệm quá trình hấp thu

Quá trình hấp thu là quá trình cho một hỗn hợp khí tiếp xúc với dung môi lỏngnhằm mục đích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên mộtdung dịch các cấu tử trong chất lỏng, pha khí sau hấp thu gọi là khí sạch, pha lỏng sauhấp thu gọi là dung dịch hấp thu

Ví dụ: Ví dụ hấp thu SO2 vào nước thành dung dịch H2SO3 hoặc hấp thu SO3

vào nước để điêu chế H2SO4

Vậy quá trình hấp thu là quá trình truyền vận cấu tử vật chất từ pha khí vào phalỏng Nếu quá trình xảy ra theo chiều ngược lại, nghĩa là truyền vận cấu tử vật chất từpha lỏng vào pha khí, ta có quá trình nhả hấp thu





.

2 0 0 2

S

V S R X r V





Trang 12

2 Ứng dụng quá trình hấp thu

 Công nghiệp thực phẩm

 Công nghệ hóa học

 Công nghệ sinh học

 Kỹ thuật môi trường

 Ngành công nghiệp dầu khí

3 Phương pháp lựa chọn dung môi hấp thu

Khi lựa chọn dung môi cho quá trình hấp thu người ta dựa vào các tính chất sau:

b Độ bay hơi tương đối

Dung môi nên có áp suất hơi thấp vì pha khí sau quá trình hấp thu sẽ bão hòahơi dung môi do đó dung môi bị mất

c Tính ăn mòn của dung môi

Dung môi nên có tính ăn mòn thấp để vật liệu chế tạo thiết bị dễ tìm và rẻ tiền

Trang 13

tủa, không độc.Trong thực tế, không một dung môi nào cùng một lúc đáp ứng được tất

cả các tính chất trên, do đó khi chọn phải dựa vào những điều kiện cụ thể khi thực hiệnquá trình hấp thu, Dù sao tính chất thứ nhất cũng không thể thiếu được trong bất cứtrường hợp nào

4 Phương pháp hấp thu

a Hấp thu ngược dòng

Pha khí là hỗn hợp khí G vào chứa nhiều chất Trong đó:

 Các chất trơ Gtr (không hấp thu vào lỏng)

 Chất hấp thu vào lỏng gọi là cấu tử A

Pha lỏng:

 Lượng dung môi gọi là L

 Cấu tử A đã có sẵn trong pha lỏng L

 Lượng dung môi trơ là Ltr là lượng dung môi tổng cộng L trừ đi lượng cấu tử A

b Hấp thu xuôi dòng (không xét)

5 Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu

a Quá trình hấp thu ngược chiều

 Suất lượng mol: mol/h; (kmol/h.m2); (mol/h.m2)

 Suất lượng khối lượng: kg/h; (kg/h.m2); (g/h.m2)

 Phần mol và tỉ số mol không có đơn vị

Trang 14

b Hấp thu xuôi dòng (không xét)

6 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thu

Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố có ảnh hưởng quan trọngg lên quá trình hấpthu Chúng ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực của quá trình

Nếu nhiệt độ tăng thì giá trị hệ số của định luật Henry tăng, đường cân bằng sẽchuyển dịch về trục tung, động lực truyền khối sẽ giảm, do đó tốc độ truyền khối sẽgiảm Nếu tăng nhiệt khối lên một giới hạn nào đó thì không những động lưc truyềnkhối giảm mà ngay cả quá trình cũng không thực hiện được Mặt khác nhiệt độ caocũng có ảnh hưởng tốt vì độ nhớt của dung môi giảm (có lợi đối với trường hợp trở lựckhuếch tán chủ yếu nằm trong pha lỏng)

7 Thiết bị hấp thu:

Trong công nghiệp, thực tế sản xuất người ta có thể dùng nhiều loại thiết bị khácnhau để thực hiện quá trình hấp thu Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản của thiết bị vẫn là diệntích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn để tăng hiệu suất của quá trình hấp thu

1 Số liệu thực nghiệm

Cột thủy tinh:

Trang 15

a Tính toán và vẽ đồ thị cột khô tại L =0

 Trước tiên phải đổi V về m3/s:

Với  = 24,656 và  = 2,29.10-5 ở 50℃

 Tính fck

Trang 16

f ck 1= 3,8

ℜck 10.2=

3,8(1629,41)0,2=0,87 (các số liệu còn lại tinh tương tự)

 Vẽ đồ thị cột khô tại Log(Pck/Z) dựa theo LogG

b Tính toán và vẽ đồ thị cột ướt tại L = 4, 5, 6, 7, 8, 9

 Tính khối lượng không khí G:

Cột ướt đang vận hành ở nhiệt độ 30oC ở đó cư=1,117(kg/m3); =1,85.10-5 (kg/m.s) ; S=0,0046(m2)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Biểu đồ 1

V

Trang 17

 fcư=2,25.0,87= 1,96 (các số còn lại tính tương tự)

Bảng 2 Xử lí số liệu của cột ướt L = 4

V(m3/s) G Log G Pcư

(N/m2) Pcư/Z

Log(Pcư/Z) Re

Trang 18

-0.47 323.73 449.63 2.65 2981.57 3.47 12.45 1.090.0017 0.41 0.39- 451.26 626.75 2.80 3595.42 3.56 12.21 1.080.0019 0.46 0.34- 647.46 899.25 2.95 4033.88 3.61 12.69 1.100.0021 0.51 -

V(m3/s) G Log G Pcư

(N/m2) Pcư/Z

Log(Pcư/Z) Re

Trang 19

0.0019 0.46 - 0.34 1314.54 1825.75 3.26 4033.88 3.61 25.76 1.410.0021 0.51 - 0.29 1805.04 2507 3.40 4472.35 3.65 28.36 1.45

Log

Re fcư Log fcư0.0009

4 0.23 - 0.64 294.3 408.75 2.61 2016.94 3.30 28.99 1.460.0012 0.29 - 0.54 451.26 626.75 2.79 2543.10 3.41 31.82 1.500.0014 0.34 - 0.47 804.42 1117.25 3.05 2981.57 3.47 30.94 1.490.0017 0.41 - 0.39 1177.2 1635 3.21 3595.42 3.56 31.86 1.50

Trang 20

lỏng=1000 (kg/m3)a= 24,656 (m2/m3)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Trang 21

V (vận tốc dòngkhí qua cột) 1 log1 2 log2

Trang 22

 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm còn nhiều hạn chế.

 Các giá trị đo được lấy sai số

Cách khắc phục

 Thao tác thực hành phài nhịp nhàng, nhanh và chính xác

 Kiểm tra thiết bị trước và sau khi làm thí nghiệm Báo ngay cho bộ phận sửa chữa nếu có phát hiện hư hỏng

 Nắm rõ các thao tác kỹ thuật trước khi làm thí nghiệm

1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ giảm áp của cột khô?

 Chiều cao phần chứa vật chêm

 Đường kính tương đương của vật chêm

 Thể tích tự do của vật chêm

 Diện tích bề mặt riêng của vật chêm

 Khối lượng riêng của pha khí

 Suất lượng biểu kiến của pha khí qua một đơn vị tiết diện tháp

2 Tháp chêm được ứng dụng trong lĩnh vực nào?

Tháp chêm được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm

3 Có mấy loại vật chêm? Chúng được chế tạo từ vật liệu gì?

Vật chêm sử dụng gồm có nhiều loại khác nhau, phổ biến nhất là một số loại vật chêm sau:

 Vòng Raschig: hình trụ rỗng bằng sứ hoặc kim loại, nhựa, có đường kínhbằng chiều cao(kích thước từ 10- 100mm)

 Vật chêm hình yên ngựa: có kích thước từ 10- 75mm

 Vật chêm vòng xoắn: đường kính dây từ 0,3- 1mm, đường kính vòng xoắn

từ 3- 8mm và chiều dài nhỏ hơn 25mm

4 Kích thước vật chêm cần phải thỏa mãn điều kiện gì?

Trang 23

Vật chêm phải có diện tích bề mặt riêng lớn,ngoài ra độ rỗng cũng phải lớn.

5 Lựa chọn vật chêm cần phải thỏa mãn những điều kiện gì?

Phải có diện tích bề mặt riêng lớn,có độ rỗng lớn để giảm trở lực chop pha khí và phảibền

6 Ưu điểm và nhược điểm của vật chêm bằng sứ?

 Ưu điểm: giá thành rẻ, không bị oxy hóa, không bị ăn mòn

 Nhược điểm: dễ vỡ

7 Trong thí nghiệm các số liệu đo được cũng như lưu lượng của các dòng

có ổn định không?

Trong thí nghiệm các số liệu đo được cũng như lưu lượng của các dòng không ổn định

8 Trong thí nghiệm có mấy điểm cần lưu ý? Điểm nào quan trọng nhất?

Trong thí nghiệm có điểm cần lưu ý sau: Trong quá trình đo độ giảm áp của cộtướt, cần canh giữ mức lỏng ở đáy cột luôn ổn định ở ¾ chiều cao đáy bằng cách chỉnhvan7 Nếu cần, tăng cường van 8 để nước trong cột thoát về bình chứa

9 Tại sao phải duy trì mực lỏng ở ¾ đáy cột?

Vì nếu ta cho đầy thì khí không tiếp xúc được với nước (không đi vào cột hấp

thu) Nếu cho ít nước thì khí ít tiếp xúc vói dung môi,và có nhiều bọt khí thí số liệu đo

dược sẽ bị sai

10 Có mấy loại quạt?kể tên?quạt trong bài này là loại gì? Cao áp hay thường?

Có 2 loại quạt là quạt cao áp và quạt thường Quạt trong bài này là quạt cao áp

11 Tại sao phải nghiên cứu đồ thị của tháp chêm từ điểm gia trọng đến điểm lụt?

Vì để xác định giới hạn khả năng hoạt động của cột là từ điểm gia trong đến điểm ngậplụt

12 Công thức tính hệ số trở lực do ma sát trong tháp chêm ở các chế độ chảy (Re) khác nhau?

Trang 24

Cột khô: P ck G n với n = 1,8 – 2,0

Cột ướt: ∆Pcư = σ ∆Pck với σ =10 ΩLL

Giá trị σ tùy thuộc vào loại, kích thước, cách thức sắp xếp vật chêm (xếp ngẫunhiên hay theo thứ tự) và độ lớn của lưu lượng lỏng L Thí dụ với vật chêm là vòng sứRaschig 12,7 mm, chêm ngẫu nhiên, độ xốp ε= 0,586; giá trị của L từ 0,39 đến 11,7 kg/

m2s và cột hoạt động trong vùng dưới điểm gia trọng.ΩL=0,084

13 Công thức tổng quát tính tổn thất áp suất trong tháp chêm? Giải thích các thừa số trong công thức và mức độ ảnh hưởng của chúng đến độ giảm áp.

Tổn thất Trở lực tháp khô:

2 2

2

/,8

w ha f w

d

h f

td ck

ρ ck khối lượng riêng của không khí, kg/m3

fck - hệ số ma sat của dòng chảy qua lớp hạt, phụ thuộc vào Rek

d w





Re

Trang 25

Cho pha khí tiếp xúc pha lỏng phải qua vật liệu điệm tăng độ tiếp xúc.Khi vậntốc khí lỏng sẽ phân tán trong khí, tăng tốc độ khí lỏng bị tụ lại,Điểm gia trọng điểm đó

áp suất pha khí đủ lớn để xuyên qua pha lỏng liên tục Ưu điểm: ít tốn dung môi

b Mục đích của quá trình cô đặc

 Làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch

 Tách chất rắn hoà tan ở dạng rắn (kết tinh)

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

c Các phương pháp cô đặc

 Cô đặc ở áp suất khí quyển: là phương pháp đơn giản nhưng không kinh tế

 Cô đặc ở áp suất chân không: dung cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dungdịch dễ bị phân huỷ vì nhiệt…

 Cô đặc ở áp suất dư: dung cho các dung dịch không phân huỷ ở nhiệt độ cao, sửdụng hơi thứ cho các quá trình khác

2 Cơ sở lý thuyết

a Cân bằng vật liệu trong hệ thống cô đặc 1 nồi

 Bảo toàn khối lượng: Gđ = Gc + W

 Bảo toàn chất khô: Gđ.xđ = Gc.xc

Trong đó: Gđ : khối lượng nguyên liệu, [kg];[kg/s]

Gc : khối lượng sản phẩm, [kg]; [kg/s]

W : lượng hơi thứ, [kg]; [kg/s]

xđ : nồng độ % chất khô trong nguyên liệu, [ phần khối lượng]

xc : nồng độ % chất khô trong sản phẩm, [phần khối lượng]

 Theo định luật bảo toàn vật chất:

Trang 26

b Cân bằng nhiệt lượng

 Theo định luật bảo toàn nhiệt: ∑Q v=∑Q r

Gđ.cđ.tđ + D.i = Gc.cc.tc + W.i’ + D.cn.tn + Qcđ + Qmt

Với: 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 trong hơi đốt, [J/kg]

i’ hàm nhiệt trong hơi thứ, [J/kg]

Qcđ tổn thất nhiệt cô đặc, [J]; Qcđ=0.01.∆q.Gc

∆q tổn thất nhiệt cô đặc riêng, [J/kg]

Qmt tổn thất nhiệt ra môi trường, [J]

 Lượng hơi đốt tiêu tốn: D= W i

Theo phương trình truyền nhiệt: Q = K.F..∆thi= D.(i – cntn)

Trong đó: Q: lượng nhiệt truyền, [J]

K: hệ số truyền nhiệt, [W/m2.độ]

Trang 27

F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, [m2]

: thời gian cô đặc, [s]

∆thi: hiệu số nhiệt hữu ích, [độ]

 Bề mặt truyền nhiệt: F= D.(i−c n t n)

K ∆ t hi

3 Thiết bị thí nghiệm

Dung dịch được cô đặc theo từng mẻ, nhập liệu một lần từ thùng chứa dung dịchđầu dung dịch sôi trong buồng bốc hơi do nhiệt truyền từ nước nóng bên vỏ ngòi Hơithứ bốc hơi do nhiệt truyền từ nước nóng bên vỏ ngoài Hơi thứ bốc lên từ dung dịchsôi được dẫn qua thiết bị ngưng tụ ống xoắn để ngưng tụ thu hồi và định lượng Mộtbơm chân không loại vòng nước được sử dụng để tạo chân không cho hệ thống

Hệ thống cô đặc hai vỏ có thiết bị chính sau:

 Nồi cô đặc hai vỏ có cánh khuấy

 Máy khuấy trộn

 Thiết bị ngưng tụ ống xoắn

 Bình chứa nước ngưng

 Bơm chân không loại vòng nước

 Áp kế đo độ chân không

 Nhiệt kế điện tử

 Hệ thống điện

 Xô nhựa chứa dung dịch đầu

 Nồi cô đặc hai vỏ

a Nồi cô đặc 2 vỏ

Nồi chứa dung dịch đường có đường kính D = 250mm, Cao H = 500mm, bề dày

 = 5mm Nồi được chế tạo bằng thép không gỉ AISI304

b Thiết bị ngưng tụ ống xoắn

Ống xoắn có đường kính 16 được quấn thành các vòng xoắn có đường kính D

= 150mm Ống xoắn được gia công bằng thép không gỉ AISIS304

c Bơm chân không

Trang 28

Hệ thống sử dụng bơm chân không loại vòng nước 1HP.

Lượngnướcngưng thuđược V(ml)

Nhiệt

độ nướcvào

Nhiệtđộnướcra

Nhiệt

độ vỏngoài

Nhiệt độdungdịch

Nhiệt

độ hơithứ

Trang 29

1 Tính toán

 Nồng độ phần khối lượng của dung dịch đường nhập liệu :

Tại t = 0, nồng độ là 12,5Bx vậy xđ = 0,125 (phần khối lượng)

 Nồng độ dịch đường thu được sau quá trình thí nghiệm

ρ ngưng=995,7(kg

m3) Khối lượng riêng nước ngưng tra ở 30℃ (kg/m3)

d Tính cân bằng vật chất và các đại lượng chưa biết

Ta có: xđ = 0,125 (phần khối lượng)

Gđ = 10,5 (kg)

Trang 30

Gc = 6,44 (kg)Tính xc và W áp dụng định luật bảo toàn vật chất:

 Bảo toàn khối lượng: Gđ = Gc + W

 W= Gđ - Gc=10,5 – 6,44 = 4,06 (kg)

 Bảo toàn chất khô: Gđ.xđ = Gc.xc

 xc= Gđ.xđ / Gc = 10,5 0,125/6,44 = 0,20 (phần khối lượng)

2 Vẽ đồ thị

a Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa chỉ số Brix với thòi gian cô đặc

b Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lượng nước ngưng thu được và thời gian

Trang 31

3 Tính sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm

a Sai số nồng độ cuối của quá trình

%SS Xe=|X c−X c¿

|

X c 100 % = |0,24−0,262|

0,24 .100=9,62(%)Trong đó:

 xc Nồng độ % chất khô trong sản phẩm sau cô đặc theo lý thuyết (phần khốilượng)

 xc* Nồng độ % chất khô trong sản phẩm cô đặc theo thực tế đo bằng Bx kế (phầnkhối lượng)

Giải thích kết quả sai số: Sai số là đáng kể vì

 Thời gian có hạn nên cô đặc nước đường chưa tới mức giới hạn được

 Trong quá trình cô đặc lấy mẫu để thử độ Bx hơi nhiều nên làm mất sản phẩm

 Trong quá trình rót ra ca để cân nên bị hao hụt một ít

1 Đồ thị

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa chỉ số Bx và thời gian cô đặc : Chỉ số Bx tăngdần theo thời gian

Trang 32

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lượng nước ngưng thu được và thời gian cô đặc :Lượng nước ngưng có lúc tăng lúc giảm theo thời gian do áp lực khí không đủ để đẩynước từ bình chứa ngưng ra ngoài để đo.

2 Kết quả thí nghiệm: có sai số

a Nguyên nhân

Thiết bị cô đặc gián đoạn một nồi sử dụng trong thí nghiệm cô đặc, giúp chúng

ta thực hành và hiểu về quy trình cũng như các cách vận hành của thiết bị cô đặc Quátrình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một phần dung môi ở nhiệt độ sôitrong môi trường chân không nên nhiệt độ sôi của dung dịch đường giảm, làm giảm sựhao phí nhiệt năng và giúp cho sản phẩm không bị biến tính khi ở nhiệt độ cao Trongquá trình thực hành thí nghiệm sẽ không tránh khỏi sự sai xót về thông số, nhiệt độ,thời gian

 Các thao tác kỹ thuật trong quá trình thí nghiệm còn vụng về

 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm còn nhiều hạn chế

 Sai số làm tròn lớn

 Cân đong dung dịch đường chưa chính xác

 Thông số thiết bị không ổn định

 Thời gian không đồng đều

b Cách khắc phục:

 Kiểm tra thiết bị trước và sau khi làm thí nghiệm Báo ngay cho bộ phận sửachữa nếu có phát hiện hư hỏng

 Cần nắm vững kiến thức trước khi thực hành thí nghiệm

 Vệ sinh và khởi động thiết bị để nhiệt độ và áp suất ổn định

 Thao tác vận hành nhanh, pha dung dịch phải chuẩn

 Tính toán cẩn thận và chính xác

1 Mục tiêu bài thí nghiệm là gì?

 Trình bày được cấu tạo, nguyên lí làm việc và ưu nhược điểm thiết bị cô đặcgián đoạn một nồi, hoạt động trong điều kiện chân không

 Vận hành được hệ thống cô đặc

 Tính toán được cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng và các đại lượng đặctrưng cho quá trình cô đặc

2 Cô đặc là gì?

Trang 33

Là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một phần dung môi

ở nhiệt độ sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ

3 Mục đích của quá trình cô đặc là gì?

 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 (cất nước)

4 Các bước chuẩn bị tiến hành thí nghiệm?

 Tìm hiểu hệ thống thiết bị, các van và tác dụng của nó

 Tìm hiểu thiết bị đo nhiệt độ, các vị trí đo và cách điều chỉnh công tắc để đonhiệt độ

 Tìm hiểu các thiết bị đo nồng độ chất khô (Brix kế)

 Xác định các đại lượng cần đo

 Chuẩn bị dung dịch đường đem đi cô đặc

 Chuẩn bị bảng số liệu thí nghiệm

5 Các phương pháp đo nồng độ của dung dịch đường?

7 Mô tả cấu tạo hệ thống thiết bị cô đặc dùng trong thí nghiệm?

Hệ thống cô đặc gồm các thiết bị chính sau:

 Máy khuấy trộn

 Thiết bị ngưng tụ ống xoắn

 Bình chứa nước ngưng

 Bơm chân không loại vòng nước

 Áp kế đo độ chân không

Trang 34

 Nhiệt kế điện tử.

 Hệ thống điện

 Xô nhựa chứa dung dịch đầu

8 Nêu các dạng thiết bị cô đặc khác nhau?

 Dạng thiết bị cô đặc một nồi

 Dạng thiết bị cô đặc nhiều nồi

 Dạng thiết bị cô đặc liên tục

 Dạng thiết bị cô đặc gián đoạn

 Dạng thiết bị cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất khác

9 Các thông số cần đo trong bài?

 Thời gian (phút)

 Nồng độ dung dịch đường (Bx)

 Lượng nước ngưng thu được Vngưng (ml)

 Nhiệt độ (0C)

10 Viết cân bằng nhiệt lượng cho quá trình cô đặc?

Phương trình cân bằng nhiệt lượng trong quá trình cô đặc:

Gđ.cđ.tđ+D.i = Gc.cc.tc+W.i’+D.cn.tn+Qcd+Qmt

Trong đó: 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 trong hơi đốt, [J/kg]

i’: hàm nhiệt trong hơi thứ, [J/kg]

Qcđ: tổn thất nhiệt cô đặc, [J]

Qmt: tổn thất nhiệt ra môi trường, [J]

Q v Q r

Trang 35

D: lượng hơi đốt tiêu tốn.

11 Viết cân bằng vật chất cho quá trình cô đặc?

G đ=G c+W

G đ x đ=G c x c

Trong đó: G đ khối lượng nguyên liệu [kg]

G c khối lượng sản phẩm [kg]

x đ nồng độ % chất khô trong nguyên liệu [ phần khối lượng]

x c nồng độ % chất khô trong sản phẩm [phần khối lượng]

Trang 36

d Định luật Raoult:

Áp suất riêng phần của một cấu tử trên dung dịch bằng áp suất hơi bão hòa của cấu tử (ở cùng nhiệt độ) nhân với nồng độ phần mol của cấu tử đó trong dung dịch

p=pbh.xTrong đó: p: áp suất hơi riêng phần của cấu tử trong hỗn hợp hơi

pbh: áp suất hơi bão hòa của cấu tử ở cùng nhiệt độ

x: nồng độ phần mol của cấu tử trong dung dịch

2 Mô hình mâm lý thuyết

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

 Cân bằng giữa hai pha lỏng - hơi cho hỗn hợp hai cấu tử

 Điều kiện động lực học lưu chất lý tưởng trên mâm lý 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 cónồng độ đồng nhất tại mọi vị trí trên tiết diện

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

3 Phương trình cân bằng vật chất

F = D + WF.xF = D.xD + W.xW

Trong đó: F: Suất lượng nhập liệu

D: Suất lượng sản phẩm đỉnh

W: Suất lượng sản phẩm đáy

xF: Nồng độ nhập liệu (của cấu tử dễ bay hơi)

xD: Nồng độ sản phẩm đỉnh (của cấu tử dễ bay hơi)

xW: Nồng độ sản phẩm đáy(của cấu tử dễ bay hơi)

F: Suất lượng nhập liệu

Trang 37

4 Hiệu suất

Để chuyển từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực ta cần phải biết hiệu suấtmâm Có ba loại hiệu suất mâm được dùng là: Hiệu suất tổng quát, liên quan đến toàntháp; Hiệu suất mâm Murphree, liên quan đến một mâm; Hiệu suất cục bộ, liên quanđến một vị trí cụ thể trên một mâm

Hiệu suất tổng quát Eo: là hiệu suất đơn giản khi sử dụng nhưng kén chính xácnhất, được định nghĩa là tỉ số giữa số mâm lý tưởng và số mâm thực cho toàn tháp

E 0= số mâm lý tưởng

số mâm thực

Hiệu suất mâm Murphree: là tỉ số giữa sự biến đổi nồng độ pha hơi qua mộtmâm với sự biến đổi nồng độ cực đại có thể đạt được khi pha hơi rời mâm cân bằngvới pha lỏng rời mâm thứ n

E M = y n− y n+1

y∗n− y n+1

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

yn+1: nồng độ thực của pha hơi vào mâm thứ ny*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 pha lỏng trên mâm nên dẫn đến khái niệm hiệu cục bộ

Hiệu suất cục bộ được định nghĩa như sau:

E M = y ' n− y ' n+1

y ' e n− y ' n+1

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

5 Sơ đồ nguyên lý thiết bị

Trang 39

(1−0,1) 995,6818

=0,033=3,3(%mol)

Trong đó: ρ A(kg/m3) khối lượng riêng của rượu tra theo nồng độ và nhiệt độ

ρ B(kg/m3) khối lượng riêng của nước tra theo nhiệt độTương tự ta có:

Trang 40

b Tính các phương trình đường làm việc

 Phương trình đường cất: y= R

R+1 x +

x D R+1

 Phương trình đường chưng:

f −1 R+1 x W

=34,3từ số liệu bảng IX.2a (sổ tay QTTB tập 2.trang 148)

Bảng 3 Kết quả tính đường làm việc

Định dạng
Số trang	80
Dung lượng	1,02 MB