BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐỘNG LỰC HỌC , TĨNH LỰC HỌC SẤY

[Type here] [Type here] [Type here] Bài 1: ĐỘNG LỰC HỌC SẤY 1.1 Mục đích thí nghiệm − Khảo sát trình sấy đối lưu vật liệu giấy lọc thiết bị sấy khơng khí nung nóng nhằm: − Xác định đường cong sấy X = f (τ ) N= dX = f (x ) Fdτ − Xác định đường cong tốc độ sấy − Giá trị độ ẩm tới hạn , tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K 1.2 1.2.1 - Thực nghiệm Kết thí nghiệm G0: 86 (g) Bảng 1.1 Mức độ 40 0C STT τ (ph) Gi (g) tư (0C) tk (0C) 135 32 41 120 32 41 110 32 41 105 32 42 12 101 32 42 15 98 32 42 18 94 32 41 21 92 32 41 24 92 32 42 10 27 90 32 42 11 30 90 32 43 12 33 90 32 42 SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG GVHD: TRẦN HỒI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] 13 36 87 32 42 14 39 86 33 43 Bảng 1.2 Mức độ 50 0C STT τ (ph) Gi (g) tư (0C) tk (0C) 141 40 48 125 40 48 116 40 48 113 40 48 12 110 40 48 15 107 40 48 18 105 40 49 21 103 40 48 24 101 40 48 10 27 91 40 48 11 30 91 40 48 12 33 91 40 48 13 36 86 39 48 Bảng 1.3 Mức độ 60 0C STT τ (ph) Gi (g) tư (0C) tk (0C) 135 46 52 113 47 54 102 48 54 96 48 54 12 92 48 54 SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG GVHD: TRẦN HOÀI ĐỨC [Type here] [Type here] 15 90 49 55 18 88 49 55 21 88 49 55 24 88 48 54 10 27 87 48 54 Cơng thức tính tốn 1.2.2 - [Type here] Diện tích bề mặt bay hơi: F =m.(n.a.b)= 3.(2.0,15.0,3) = 0,27 m2 Với m : Số giấy n : Số mặt tờ giấy sấy a : Chiều rộng tờ giấy (m) b : Chiều dài tờ giấy (m) - Khối lượng giấy lọc khô tuyệt đối : G0 = 86 (g) = 0,086 kg Bề mặt riêng khối lượng vật liệu: f= - F G0 = 3.14 (m3/s) Vận tốc dòng khơng khí sấy: v = m/s Xi = - Độ ẩm giấy lọc : Ni = Gi − G × 100( % ) G0 d X X i −1 − X i = dτ τ i − τ i −1 (%/h) - Tốc độ sấy: - 0,8 α = 0,04075.W m K Trong sấy đối lưu: (kg/m2.h.mmHg) Trong wk vận tốc tác nhân sấy - Cường độ sấy vật liệu: J m = α m ( pb − ph ) 760 B Trong đó: SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG GVHD: TRẦN HỒI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] αm: Hệ số trao đổi ẩm (kg/m2.h.mmHg) pb: Áp suất ẩm bề mặt vật liệu áp suất nước bão hòa nhiệt độ bầu ướt (mmHg) ph: Áp suất riêng phần nước khơng khí (mmHg) B: Áp suất phòng sấy =760 (mmHg) - Tốc độ sấy đẳng tốc theo thực nghiệm: Ntt xác định đoạn đẳng tốc đường - cong tốc độ sấy Tốc độ sấy đẳng tốc theo lý thuyết: ( %/h) - Hệ số K gian đoạn giảm tốc K= - Ni ( ) X kqu − X c h Thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc: τ1 = X − X kqu ( ) N h (h) Trong đó: : Độ ẩm ban đầu vật liệu (%) Độ ẩm tới hạn quy ước (%) N: tốc độ sấy giai đoạn đẳng tốc (%/h) - Độ ẩm tới hạn quy ước : o Thực nghiệm: xác định đường cong tốc độ sấy gian đoạn đẳng tốc kết thúc X kqu = o Lý thuyết: - X1 + Xc 1,8 Độ ẩm cân tìm điểm N=0 đường cong tốc độ sấy Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc: τ2 =  X kqu − x c  ln ( h) K  X − X c  Trong độ ẩm sau vật liệu sấy ( > ) SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG GVHD: TRẦN HOÀI ĐỨC [Type here] - [Type here] [Type here] Thời gian sấy tổng: = + 1.2.3 Tính mẫu X1 = - Độ ẩm giấy lọc mức 40 : N2 = - Tốc độ sấy mức 40: - Độ ẩm tới hạn quy ước : G1 − G0 × 100( % ) 135 − 86 100 = 56,98 G0 = 86 (%) d X X 2−1 − X = dτ τ − τ 2−1 = = 348.837 (%/h) Thực nghiệm : xác định đường cong tốc độ sấy giai đoạn đẳng tốc kết thúc : Mức 40 : = 9.3 (%) Mức 50 : = 13.95 (%) Mức 60 : = 8.14 (%) - Độ ẩm cân tìm điểm N=0 đường cong tốc độ sấy: Mức 40 : = 1.16 (%) Mức 50 : = 1.16 (%) Mức 60 : = 2.33 (%) - Độ ẩm sau vật liệu sấy : Mức 40 : = 2.33 (%) Mức 50 : = 3.49 (%) Mức 60 : = 3.49 (%) - Tra bảng 39 - Bảng tra cứu trình Cơ học-truyền nhiệt-truyền khối, ta có áp suất nước bão hòa theo nhiệt độ bầu ướt: Mức 40 0C: pb = 35.66 mmHg Mức 50 0C: pb = 55.32 mmHg Mức 60 0C: pb = 83.71 mmHg - Từ nhiệt độ bầu ước tư bầu khô tk xác định áp suát riệng phần nước khơng khí ph theo giản đồ khơng khí ẩm Ramzin, ta : tu Mức 40 SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG tk (0C) 32.071 (0C) 41.786 ph (mmHg) 17.830 GVHD: TRẦN HOÀI ĐỨC [Type here] - [Type here] [Type here] Mức 50 39.923 48.077 33.192 Mức 60 48 54.111 56.923 Xác định cường độ ẩm bay mức 40: J m = α m ( p b − p h ) 760 B (kg / m h) với αm = 0,04075.wk0,8 = 0,04075 40,8 = 0,124 (kg/m2.h.mmHg) B : Áp suất phòng sấy (mmHg) , B = 760 mmHg Jm = 0,124.(35,66 – 17,83) = 2,203 (kg/m2.h) - Xác định tốc độ sấy mức 40 : Thực nghiệm : Ntt = 93,023 (%/h) Lý thuyết: Nlt = 100.Jm.f (%/h) = 100.2,023.3.14 = 691.5 (%/h) - Xác định hệ số K giai đoạn giảm tốc mức 40: = 12.312 (1/h) - Xác định thời gian sấy mức 40: Thời gian sấy gian đoạn đẳng tốc: = = 0.513 (h) Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc: = ln ( ) = ln ( ) = 0.158 (h) Thời gian sấy tổng: = + = 0.67 (h) SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG GVHD: TRẦN HOÀI ĐỨC [Type here] 1.2.4 [Type here] [Type here] Xử lý kết thí nghiệm Bảng 1.4 Mức độ 40 0C STT τ (s) (%) 56.98 180 39.53 0.097 360 27.91 0.065 540 22.09 0.032 720 17.44 0.026 900 13.95 0.019 1080 9.30 0.026 1260 6.98 0.013 1440 6.98 0.000 10 1620 4.65 0.013 11 1800 4.65 0.000 12 1980 4.65 0.000 13 2160 1.16 0.019 14 2340 0.00 0.006 Ni (%/s) Bảng 1.5 Mức độ 50 0C STT τ (s) (%) 63.95 180 45.35 0.103 360 34.88 0.058 540 31.40 0.019 720 27.91 0.019 SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG Ni (%/s) GVHD: TRẦN HOÀI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] 900 24.42 0.019 1080 22.09 0.013 1260 19.77 0.013 1440 17.44 0.013 10 1620 5.81 0.065 11 1800 5.81 0.000 12 1980 5.81 0.000 13 2160 0.00 0.032 Bảng 1.6 Mức độ 60 0C STT τ (s) (%) Ni (%/s) 56.98 0.142 180 31.40 0.071 360 18.60 0.039 540 11.63 0.026 720 6.98 0.013 900 4.65 0.013 1080 2.33 0.000 1260 2.33 0.000 1440 2.33 0.013 10 1620 2.33 0.013 Bảng 1.7 Kết tính tốn thời gian sấy SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG GVHD: TRẦN HOÀI ĐỨC [Type here] 1.2.5 [Type here] [Type here] thông số mức 40 mức 50 mức 60 Xkqu 9.3 13.950 8.140 Xcb 1.160 1.160 2.330 tu tb 32.071 39.923 48.000 Tk tb 41.786 48.077 54.111 ɸ 50.000 60.000 68.000 Pb 35.660 55.320 83.710 Ph 17.830 33.192 56.923 am 0.124 0.124 0.124 jm 2.203 2.733 3.309 Nlt 691.500 858.189 1038.887 Ntt 93.023 116.279 116.279 K 12.312 10.003 29.372 t1 0.513 0.430 0.420 t2 0.158 0.17 0.055 t 0.67 0.6 0.475 Đồ thị: Đồ thị 1.1 Đường cong sấy mức 40 Đồ thị 1.2 Đường cong sấy mức 50 Đồ thị 1.3 Đường cong sấy mức 60 Đồ thị 1.4 Đường cong tốc độ sấy mức 40 SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG GVHD: TRẦN HỒI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] Đồ thị 1.5 Đường cong tốc độ sấy mức 50 Đồ thị 1.6 Đường cong tốc độ sấy mức 60 1.3 Bàn luận Nhận xét đường cong sấy đường cong tốc độ sấy: a) Đường cong sấy: - Ở giai đoạn đẳng tốc: Đường cong sấy giảm đường thẳng xiên hàm ẩm vật liệu giảm dần theo thời gian - Ở giai đoạn giảm tốc: Đường cong sấy chuyển từ đường thẳng xiên sang nằm ngang, giảm không b) Đường cong tốc độ sấy: -Ở giai đoạn đẳng tốc: Đường cong tốc độ sấy có xu hướng giảm nhanh tạo thành đường gần thẳng xiên - Ở giai đoạn giảm tốc: Đường cong sấy giảm chậm đạt giá trị N = Ở chế độ khác thời gian sấy thay đổi: thực tế nhiệt độ cao thời gian sấy giảm Nguyên nhân dẫn đến sai số thí nghiệm tính tốn Khoảng thời gian lần cân khơng Vật liệu làm ẩm thấp Cân đọc số liệu khơng hồn tồn xác khối lượng vật liệu thay đổi theo thời gian SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG 10 GVHD: TRẦN HỒI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] Qm: nhiệt lượng mát môi trường xung quanh (W) Q m thường lấy khoảng khoảng 5% lượng nhiệt cung cấp QF: nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào, W QD: nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang ra, W QW: nhiệt lượng dòng sản phẩm đáy mang ra, W Qng: nhiệt lượng trao đổi thiết bị ngưng tụ, W : nhiệt dung riêng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, J/kg.độ ,: nhiệt độ nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, 0C rD: nhiệt hóa sản phẩm đỉnh, kJ/kg + Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ Nếu trình ngưng tụ khơng làm lạnh: Nếu q trình ngưng tụ có làm lạnh : nhiệt độ vào nước, 0C G: lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s C: nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt, J/kg.độ :nhiệt độ sơi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, 0C + Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh Làm lạnh sản phẩm đỉnh SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG 18 GVHD: TRẦN HỒI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] Làm lạnh sản phẩm đáy 3.2.3 Tính mẫu = (kg/kg) = (0,11.789)+(0,89.1000) =976,79 (kg/m3) = 12.976,79.10 (kg/kg) = = 902,77 (kg/m3) = (kg) (kg) (kg/kg) (kg) 3.2.4 Xử lý kết thí nghiệm Bảng 2.2 Kết tính tốn cân vật chất STT (kg) (kg/kg) (kg/kg) (kg) (kg) (kg/kg) 0.163 13.160 0.590 0.150 0.360 12.800 (kg) 0.028 0.163 13.160 0.430 0.160 0.370 12.790 0.029 0.163 13.160 0.300 0.160 0.360 12.800 0.028 0.163 13.160 0.230 0.160 0.360 12.800 0.028 SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG 19 GVHD: TRẦN HỒI ĐỨC [Type here] [Type here] 0.163 13.160 0.150 [Type here] 0.160 0.340 12.820 0.026 Bảng 2.3 Kết tính tốn cân lượng ST G Qng QF Qw QD Qk T ( kg/h) ( kJ) (kJ) (kJ) ( kJ) (kJ) 232.596 3.781 1782.522 4659.200 106.445 232.596 4.321 1731.593 4911.360 214.704 4.238 1731.593 226.632 3.421 226.632 3.947 (kJ) (kJ) 2986.904 3.781 3.781 110.704 3294.792 4.321 4.321 5017.600 108.979 3399.224 4.238 4.238 1680.664 5017.600 115.315 3455.672 3.421 3.421 1680.664 5076.720 110.106 3510.109 3.947 3.947 3.2.5 Đồ thị Đồ thị 3.1 Biến đổi lượng nhiệt nồi đun theo độ tinh khiết sản phẩm Đồ thị 3.2 Biến đổi số bậc thay đổi theo độ tinh khiết sản phẩm 3.3 Nhận xét bàn luận • Dựa vào kết tính toán, ta thấy nồng độ sản phẩm đỉnh giảm dần theo thời gian, nồng độ sản phẩm đáy lại tăng SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG 20 GVHD: TRẦN HỒI ĐỨC [Type here] • [Type here] [Type here] Độ tinh khiết sản phẩm đỉnh giảm (nồng độ sản phẩm đỉnh giảm dần) nhiệt lượng cần để cung cấp cho nồi đun tăng lên • Q trình chưng gián đoạn khơng hồn lưu ứng dụng cho trường hợp sau: - Khi nhiệt độ sôi hai cấu tử khác xa - Khơng đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao - Khi cần tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay - Khi muốn tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG 21 GVHD: TRẦN HỒI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] Bài 4: CHƯNG LIÊN TỤC 4.1 Mục đích thí nghiệm − − − − Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng nhập liệu Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ dòng nhập liệu Khảo sát ảnh hưởng vị trí nhập liệu Khảo sát ảnh hưởng số hồi lưu 4.2 Thực nghiệm 4.2.1 Kết thí nghiệm - vF= 25 %V Bảng 4.1 Kết đo ST N VF T L l/h 6 R 1.2 1.5 2.3 VD l/h vD % V T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 G 0 0 0 0 l/s 88 85 77 88 85 77 77 9 88 85 77 C 0.325 92 90.3 0.325 94 90.3 0.24 95 90.2 C C C C 78 78 C C 85.5 29.5 84.8 29.6 83.5 29.5 C 30 0.05 30 0.05 30 0.05 4.2.2 Cơng thức tính tốn - Cân vật chất Trong đó: F,W,D: suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy đỉnh, kmol/h SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG 22 GVHD: TRẦN HOÀI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] ,: phần mol cấu tử dễ bay nhập liêu, sản phẩm đáy đỉnh - Cân lượng + Cân nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu nhiệt lượng cần cung cấp, W : nhiệt lượng riêng hỗn hợp nhập liệu, W : nhiệt độ nhập liệu vào khỏi thiết bị, 0C + Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ Nếu q trình ngưng tụ khơng làm lạnh: Nếu q trình ngưng tụ có làm lạnh : nhiệt độ vào nước, 0C G: lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s C: nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt, J/kg.độ :nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, 0C + Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh Làm lạnh sản phẩm đỉnh Làm lạnh sản phẩm đáy : nhiệt dung riêng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, J/mol.độ ,: nhiệt độ nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, 0C rD: nhiệt hóa sản phẩm đỉnh, kJ/kmol + Cân nhiệt toàn tháp SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG 23 GVHD: TRẦN HỒI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] QF+Qk+QL0=QD+QW+Qm+Qng QK: nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, W Qm: nhiệt lượng mát môi trường xung quanh (W) Q m thường lấy gần khoảng 5% đến 10% lượng nhiệt cung cấp QF: nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào, W QD: nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang ra, W QW: nhiệt lượng dòng sản phẩm đáy mang ra, W Qng: nhiệt lượng trao đổi thiết bị ngưng tụ, W QL0: nhiệt lượng dòng hoàn lưu mang vào, W 4.2.3 Xử lý kết thí nghiệm Bảng 4.2 Chuyển đổi đơn vị xF F xD xW mol/mol mol/h mol/mol mol/mol 0.09 184.21 0.78 0.088 0.09 184.21 0.83 0.083 0.09 184.21 0.85 0.075 STT Bảng 4.3 Tính cân vật chất ST T R D W Đường làm việc Đường làm việc mol/h mol/h phần chưng phần cất SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG 24 Nlt H % GVHD: TRẦN HOÀI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] 1,2 0,532 183,678 y= 157,936x – 13,81 y= 0,545x + 0,355 11 54,55 1,5 1,726 182,484 y= 43,291x – 3,51 y= 0,6x + 0,332 13 46,15 2,33 3,565 180,645 y= 16,217x – 1,141 y= 0,7x + 0,255 15 40 Bảng 4.4 Kết tính tốn cân lượng ST G Qng QF QW QD QL0 QK T kg/h W W W W W W 200.79 17.17 368.71 388.01 1.58 9.48 200.79 62.27 365.69 383.24 5.26 33.61 200.79 170.01 360.09 375.48 10.99 W W 31.74 0.92 210.70 57.18 3.05 216.62 103.32 103.41 6.34 187.44 4.2.4 Đồ thị Đồ thị 4.1 Biến đổi số hồi lưu theo độ tinh khiết sản phẩm đỉnh Đồ thị 4.2 Biến đổi số hồi lưu với lượng nhiệt cần sử dụng 4.3 Bàn luận - Lưu lượng dòng hồn lưu lớn độ tinh khiết sản phẩm cao - Khi tăng số hồi lưu lượng nhiệt nồi đun cung cấp tăng lên SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG 25 GVHD: TRẦN HOÀI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] Bài 5: KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ CỘT CHÊM ( THÁP ĐỆM) 5.1 Mục đích thí nghiệm − Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất khả hoạt động tháp đệm cách xác định: − ảnh hưởng vận tốc khí lỏng lên độ giảm áp dòng khí qua cột − biến đổi hệ số ma sát fck cột theo chuẩn số Reynolds Rec dòng khí suy hệ thức thực nghiệm − Sự biến đổi thừa số σ liên hệ độ giảm áp dòng khí cột khơ cột ướt với vận tốc dòng lỏng 5.2 Thực nghiệm 5.2.1 Kết thí nghiệm Bảng 5.1 Kết thí nghiệm cột khơ SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG STT G (m3/h) ∆pck (mmH2O) 1.8 1.6 26 GVHD: TRẦN HOÀI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] 1.4 4.5 1.2 3.5 Bảng 5.2 Kết thí nghiệm cột ướt Llỏng (l/h) 180 160 140 120 100 ∆pcư (mmH2O) STT G (m3/h) 440 85 65 64 45 1.8 70 56 38 35 27 1.6 55 45 30 25 25 1.4 45 34 25 22 24 1.2 32 28 22 17 17 26 25 18 16 14 5.2.2 Cơng thức tính tốn  Đổi đơn vị: Trong đó: ρKK = 1,189 (kg/m3) Fcđ: diện tích cột đệm, tính cơng thức: (m 2) với D= 0,08m (giáo trình thực hành, trang 250)  Cơng thức tính Re: Trong đó: SVTH: LÊ ĐÌNH TRƯỜNG 27 GVHD: TRẦN HOÀI ĐỨC [Type here] [Type here] [Type here] a: diện tích bề mặt riêng vật chêm; a = 360 m3/m2 Độ nhớt động học dòng khí 300 : v= 16,3.10-6 (m2/s) Độ nhớt động lực dòng khí, kg/m.s; µ k = v ρKK = 1,93 10-5  Cơng thức tính fck: Trong vùng chảy rối 50