BÁO CÁO THÍ NGHIỆM, KHUẤY CHẤT LỎNG, khảo sát ảnh hưởng của, tốc độ khuấy, đến công suất khuấy, đối với loại cánh khuấy, mái chèo (không có tấm chặn)
BÀI KHUẤY CHẤT LỎNG Mục đích thí nghiệm - Tạo hệ đồng từ thể tích lỏng lỏng khí rắn có tính chất, thành phần khác nhau: dung dịch, nhũ tương, huyền phù, hệ bọt,… - Tăng cường trình trao đổi nhiệt - Tăng cường trình trao đổi chất trình truyền khối q trình hóa học Cơ sở lí thuyết 2.1 Các dạng cấu khuấy - Cơ cấu khuấy nhanh gồm cấu khuấy tuabin, cấu khuấy chân vịt,… Cơ cấu khuấy tuabin kín cấu khuấy tuabin hở với cánh thẳng cánh cong tạo dòng hướng kính Cơ cấu khuấy chân vịt tải có ống hướng cấu khuấy chân vịt trì dòng hướng trục - Cơ cấu quay chậm gồm cấu khuấy loại bản, loại tấm, loại mỏ neo loại khung Chủ yếu tạo dòng vòng (dòng chảy tiếp tuyến), nghĩa chất lỏng quay quanh trục thiết bị - Ngồi có loại cấu khác cấu khuấy chân động, cấu khuấy cào, 2.2 Công suất khuấy Với chuẩn số công suất khuấy, xác định theo công suất sau: Cánh khuấy A m Mái chèo (2 cánh) 14.35 0.31 Chân vịt (2 chân vịt) 0.985 0.15 - Công suất động cho biết lượng tiêu hao thực tế cho q trình khuấy xác định theo cơng thức: (W) U: hiệu điện (V) I: cường độ dòng điện (A) hệ số cơng suất dòng điện - Chuẩn số Reynolds: n: số vòng quay (vòng/s) d: đường kính cánh khuấy (m) v: độ nhớt động học (m2/s) Tiến hành thí nghiệm 3.1 Thí nghiệm 1: khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy mái chèo (khơng có chặn) 3.1.1 Chuẩn bị - Chuẩn bị nước đến 2/3 thùng khuấy - Chỉnh nút điều khiển tốc độ vị trí 3.1.2 Các lưu ý - Thay nước thấy nước bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi - Đảm bảo mức chất lỏng thùng khuấy mức 2/3 chiều cao thùng, không cho chất lỏng vào đầy 3.1.3 Tiến hành thí nghiệm - Bật cơng tắc động để khởi động cánh khuấy - Chỉnh tốc độ khuấy từ nhỏ đến lớn - Ghi nhận tốc độ vòng quay, cường độ dòng điện hiệu điện 3.1.4 Kết thúc thí nghiệm - Chỉnh nút điều khiển vị trí 0, lắp chặn để tiến hành thí nghiệm 3.2 Thí nghiệm 2: khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy mái chèo (có chặn) 3.2.1 Chuẩn bị Giống thí nghiệm 3.2.2 Các lưu ý Giống thí nghiệm 3.2.3 Tiến hành thí nghiệm Giống thí nghiệm 3.2.4 Kết thúc thí nghiệm - Chỉnh nút điều khiển vị trí - Tháo chặn - Tháo cánh khuấy mái chèo, lắp cánh khuấy chân vịt 3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy chân vịt (khơng có chặn) 3.3.1 Chuẩn bị Giống thí nghiệm 3.3.2 Các lưu ý Giống thí nghiệm 3.3.3 Tiến hành thí nghiệm Giống thí nghiệm 3.3.4 Kết thúc thí nghiệm Chỉnh nút điều khiển vị trí 0, lắp chặn để tiến hành thí nghiệm 3.4 Thí nghiệm 4: khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy chân vịt (có chặn) 3.4.1 Chuẩn bị Giống thí nghiệm 3.4.2 Các lưu ý Giống thí nghiệm 3.4.3 Tiến hành thí nghiệm Giống thí nghiệm 3.4.4 Kết thúc thí nghiệm Chỉnh nút điều khiển vị trí 0, tháo chặn, thay cánh khuấy mái chèo để kết thúc thí nghiệm Kết thí nghiệm 4.1 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy mái chèo Mức độ khuấy I (A) U (V) Tốc độ vòng quay (vòng/phút) 0.098 383 39 0.109 384 73 0.115 384 120 0.152 385 150 5 0.156 384 169 1 0.095 383 40 0.103 384 58 0.119 384 92 0.126 384 127 0.131 383 161 Stt Loại 4 Khơng có chặn Có chặn 4.2 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy chân vịt Stt Loại Không có Mức độ khuấy I (A) U (V) Tốc độ vòng quay (vòng/phút) 0.09 385 46 2 0.12 383 82 3 0.15 383 106 4 0.17 385 131 5 0.20 385 163 1 0.09 383 30 2 0.112 383 68 0.17 383 92 4 0.19 383 114 5 0.21 383 134 chặn Có chặn Xử lý số liệu 5.1 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy mái chèo Bảng số liệu thông số ảnh hưởng đến công suất khuấy Cánh khuấy A m Mái chèo (2 cánh) 14.35 0.31 Các thông số tra nhiệt độ 300C bảng 43 bảng tra cứu trình thiết bị học-truyền nhiệt- truyền khối ρ (kg/m3) ν (m2/s) cosϕ -6 996 0.81×10 0.9 Cách tính dòng khơng có chặn Chuẩn số Reynold đặc trưng cho q trình sấy: Chuẩn số cơng suất khuấy: Công suất khuấy: D (m) 0.287 Công suất động cơ: (W) Bảng kết xử lý Stt Loại n (vòng/s) 0.65 1.22 Khơng có chặn 2.5 2.82 0.67 0.97 5.2 Có chặn 1.53 2.12 2.68 Re 66098.58 123722.9 203380.2 254225.3 286427.1 67793.42 98300.45 155924.8 215244.0 272868.5 0.460 (W) 0.24 (W) 33.78 0.379 1.32 37.67 0.325 5.04 39.74 0.303 9.18 52.67 0.292 12.65 53.91 0.456 0.407 0.26 0.71 32.75 35.60 0.352 2.46 41.13 0.319 5.87 43.55 0.296 11.10 45.16 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy chân vịt Bảng số liệu thông số ảnh hưởng đến công suất khuấy Cánh khuấy Chân vịt (2 chân vịt) A 0.985 m 0.15 Các thông số tra nhiệt độ 300C bảng 43 bảng tra cứu trình thiết bị học- truyền nhiệt- truyền khối ρ (kg/m3) ν (m2/s) cosϕ -6 996 0.8110 0.9 Cách tính dòng khơng có chặn Chuẩn số Reynold đặc trưng cho q trình sấy: 262946.50 Chuẩn số cơng suất khuấy: D (m) 0.28 Công suất khuấy: Công suất động cơ: (W) Bảng kết xử lý Stt 5 Loại Khơng có chặn Có chặn n (vòng/s) 1.15 1.37 1.77 2.18 2.72 0.5 1.13 1.53 1.9 2.23 Re 74205.76 132279.84 170995.88 211325.10 262946.50 48395.06 109695.47 148411.52 183901.23 216164.61 0.183 0.168 0.162 0.157 0.152 0.195 0.173 0.165 0.160 0.156 (W) 0.14 0.73 1.53 2.79 5.21 0.04 0.43 1.02 1.88 2.98 (W) 33.96 44.12 52.05 59.60 69.99 31.71 38.61 59.29 65.84 73.08 Nhận xét - Tốc độ vòng quay có chặn nhỏ khơng có chặn chặn có tác dụng cản trở dòng lưu chất cánh khuấy quay, làm chế độ chế lưu chất giảm Do số ReM nhỏ theo - Do số ReM tăng dần bảng số liệu, chuẩn số cơng suất khuấy K N tuân theo tỉ lệ nghịch với ReM (trên bảng số liệu) - Do tốc độ vòng quay tăng KN giảm khơng đáng kể, công suất khuấy N tuân theo tỉ lệ thuận với tốc độ vòng quay n (trên bảng số liệu) - Công suất động ta thấy lớn công suất khuấy 7 Trả lời câu hỏi: 7.1 Ứng dụng q trình khuấy cơng nghệ hóa học - Tạo dung dịch huyền phù nhũ tương, tăng cường trình hòa tan, truyền nhiệt, chuyển khối q trình hóa học… - Các q trình hóa học khuấy trộn để trộn chất lỏng thùng chứa lớn cần có thơng khí nhằm cung cấp oxy cho phản ứng hóa học hay q trình lên men - Thực trình trao đổi nhiệt: kết tinh, trích ly, hấp thụ, điện phân… - Thực trình truyền nhiệt: đặc, đun nóng, làm nguội,… - Thực trình sinh học: xử lý nước thải,… 7.2 Các loại cánh khuấy Cánh khuấy chân vịt - Ưu điểm: Tạo dòng chảy hướng trục lớn nên rút ngắn thời gian khuấy trộn, hiệu cao Khá chặt bổ nên khuấy trộn sản phẩm lỏng khó đánh tơi - Nhược điểm: Đòi hỏi cánh khuấy có độ bền học cao Cấu tạo phức tạp, giá thành đắt Cánh khuấy mái chèo - Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản dễ gia cơng, thích hợp với chất lỏng có độ nhớt nhỏ - Nhược điểm: Hiệu suất khuấy thấp chất lỏng nhớt, khơng thích hợp với chất lỏng dễ phân lớp 7.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất khuấy: - Cánh khuấy (dK) - Độ nhớt (v, ) - Khối lượng riêng chất lỏng () - Tốc độ cánh khuấy (n) - Hằng số gia tốc trọng trường (g) Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Bin, Các q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, NXB KHKT, 2007 [2] Sổ tay Q trình & Thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập & 2, NXB KHKT, 2012 [3] Giáo trình hướng dẫn thực hành Q Trình Thiết Bị Hóa Học BÀI LỌC KHUNG BẢN Mục đích thí nghiệm - Thí nghiệm 1: xác định phương trình lọc tương ứng với giá trị áp suất lọc không đổi - Thí nghiệm 2: xác định phương trình lọc tương ứng với giá trị tốc độ lọc không đổi Cơ sở lí thuyết 2.1 Mục đích trình lọc - Lọc phân riêng pha liên tục pha phân tán tồn hỗn hợp Hai pha lỏng – khí; rắn – khí; rắn – lỏng hai pha lỏng khơng tan lẫn tồn hỗn hợp 2.2 Khái niệm - Lọc trình thực để phân riêng hỗn hợp nhờ vật ngăn xốp Một pha qua vật ngăn xốp pha giữ lại - Trở lực dòng chảy qua vách ngăn xốp thay đổi theo thời gian Khi ta giữ cho áp suất lọc khơng thay đổi lưu lượng nước lọc thu giảm 2.3 Động lực trình lọc - Độ chênh lệch áp suất hai bên vách ngăn lọc gọi động lực trình lọc: 2.4 Phương trình lọc 2.4.1 Tốc độ lọc yếu tố ảnh hưởng đến thời gian lọc - Lượng nước lọc thu đơn vị diện tích bề mặt vách ngăn lọc đơn vị thời gian gọi tốc độ lọc Trong đó: V: thể tích nước lọc thu được, m3 F: diện tích bề mặt vách lọc, m2 thời gian lọc, s độ nhớt pha liên tục, Ns/m2 trở lực bã lọc, l/m trở lực vách lọc, l/m 2.4.2 Lọc với áp suất không đổi, const - Lượng nước lọc riêng lượng nước lọc thu 1m2 bề mặt vách lọc - Phương trình lọc với áp suất khơng đổi: Trong đó: số lọc Vi phân hai vế ta được: 2.4.3 Lọc với tốc độ không đổi, W = const - Động lực trình lọc biến thiên tuyến tính theo thời gian Mà: Vậy: Trong đó: A, B số ; Tiến hành thí nghiệm 3.1 Thí nghiệm 1: lọc với áp suất khơng đổi ( const) 3.1.1 Chuẩn bị - Chuẩn bị nước đến 3/4 thùng chứa nhập liệu - Kiểm tra lắp đặt khung - Kiểm tra hệ thống van - Chuẩn bị thùng chứa có vạch định mức - Kết nối cáp điện bơm với nguồn điện 3.1.2 Các lưu ý - Kiểm tra độ kín hệ thống - Luôn đảm bảo lượng nước thùng nhập liệu không 20% thể tích 3.1.3 Tiến hành thí nghiệm - Bật công tắc cho bơm hoạt động - Điều chỉnh van nhập liệu - Khi thấy lượng nước lọc ổn định tiến hành thu nước lọc 3.1.4 Kết thúc thí nghiệm - Tắt bơm - Chuẩn bị nhập liệu cho thí nghiệm 3.2 Thí nghiệm 2: lọc với tốc độ không đổi 10 Kết thí nghiệm Kết thí nghiệm nồng độ suất: 4.1 Stt Mâm NL 7 vF ( %V) 18 VF (lit/h) 3.54 R vD (%V) VD (l/h) G (l/h) 1.2 79 0.727 229.0 1.4 80 0.720 236.0 1.6 83 0.713 239.0 4.1.2 Kết thí nghiệm nhiệt độ: St t T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) T4 (0C) T5 (0C) T6 (0C) T7 (0C) T8 (0C) 95.7 94.0 91.5 89.1 84.0 90.0 30.1 31.5 95.8 94.0 91.5 89.5 83.0 89.9 30.3 31.7 95.4 93.8 91.4 89.2 81.6 89.8 30.0 31.5 4.2 Xử lý kết 4.2.1 Khảo sát tỉ số hồi lưu: Cách tính cho R = 1.2 Stt Mâm NL vF ( %V) VF (l/h) R vD (%V) VD (l/h) G (l/h) 18 3.54 1.2 79 0.727 229.0 = 780.5 kg/m3 tỷ trọng cồn etylic 100% tra nhiệt độ 300C = 996 kg/m3 Nồng độ nhập liệu = = = 0.147 Nồng độ phần mol nhập liệu = = = 0.063 Tính tốn lượng nhập liệu = ( = (0.18 780.5 + (1-0.18) 996) = 3.40 kg/h 75 Lượng nhập liệu F = = = = 171.45 mol/h Nồng độ sản phẩm đỉnh = 776.25 kg/m3 tỷ trọng cồn etylic 100% tra nhiệt độ 350C = 994 kg/m3 = = = 0.746 Nồng độ phần mol sản phẩm đỉnh: = = = 0.535 Tính tốn lượng sản phẩm đỉnh = ( = (0.79776.25 + (1 0.79)994) = 0.598 kg/h Lượng sản phẩm đỉnh D = = = 18.13 mol/h Tính tốn lượng sản phẩm đáy = = 0.018 Bảng kết quả: St t F mol/h xF mol/mo l 171.4 0.063 kg/k g D mol/ h W mol/h kg/h mol/mo l kg/kg 0.746 153.3 2.80 0.0072 0.0182 0.551 0.758 153.8 2.81 0.0070 0.0177 0.598 0.792 154.7 2.82 0.0053 0.0134 kg/h mol/mo l kg/k g 18.13 0.59 0.535 0.147 17.65 0.59 16.69 0.58 Thực tế: Phương trình làm việc đường cất = x + = x + = 0.545 x + 0.243 Phương trình làm việc đường chưng: = xvới L = = = 9.46 =x– Với xF = 0.063 (mol/mol) → = 0.36 Chỉ số hoàn lưu: R = bRmin = b = 1.5 = 707 Lý thuyết: Phương trình làm việc đường cất = x + = x + = 0.414 x + 0.313 Phương trình làm việc đường chưng: 76 = x- với L = = = 9.46 =x– Theo đồ thị: ta xác định mâm Bảng kết quả: R L 1.2 9.46 1.4 1.6 Phương trình làm viêc theo lí thuyết Phương trình làm việc theo thực tế = 5.956 x = 0.414 x + 0.313 = x0.545 x + 0.243 9.71 = 5.584 x – 0.032 = 0.474 x + 0.29 = 4.629 x – 0.025 0.583 x + 0.229 10.2 = 5.062 x – 0.022 = 0.562 x + 0.262 = 4.565 x – 0.019 = 0.615 x + 0.230 4.2.2 Xác định nhiệt lượng trao đổi thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy nồi đun (buổi 2): Stt Mâm NL vF ( %V) VF (l/h) R vD (%V) VD (l/h) G (l/h) 1 1.6 88 0.652 229.5 1.6 84 0.532 300.0 14 1.6 78 0.479 300.0 St t T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) T4 (0C) T5 (0C) T6 (0C) T7 (0C) T8 (0C) 93.2 91.6 90.1 87.1 79.3 90.0 30.7 31.6 93.8 91.2 86.5 76.3 76.0 89.9 30.9 31.2 92.5 90.7 88.6 86.4 78.8 89.8 30.7 31.2 18 3.24 Bảng kết quả: St t F mol/h xF mol/mo l kg/k g 156.9 0.063 0.147 D mol/h 14 kg/h 0.52 mol/mo l kg/k g 0.691 0.851 77 W mol/h 142.9 kg/h 2.57 mol/mo l kg/kg 0.0015 0.0038 12.23 0.43 0.616 0.804 144.6 2.67 0.01625 0.0405 12.13 0.39 0.520 0.735 144.7 2.70 0.02471 0.0608 Cân lượng: cân lượng cho thiết bị gia nhập liệu: Ta có: = 0.063 mol/mol = 89.460C Từ = 59.730C tra = 2.966 kJ/kg; = 4.18 kJ/kg.0C = 0.1472.966 + (10.147) 4.18 =4 = = 4( 31.630.7) + Qnl = 3.264 W Nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ: = 0.691 mol = 79.04 0C Bảng cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ Stt kg/kg kg/h 79.04 0.851 848 2311.1 1066 0.523 0.403 79.34 0.804 847.5 2310.4 1134.2 0.431 0.353 79.88 0.735 846.6 2309.0 1234.1 0.395 0.352 Nhiệt lượng trao đổi thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh: 78 Bảng nhiệt lượng thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh kg/h 0.523 0.431 0.395 W 57.02 57.17 57.44 3.12 3.18 3.27 79.04 79.34 79.88 79.3 76.0 78.8 35 35 35 20.08 15.61 15.72 Nhiệt lượng thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy: Bảng nhiệt lượng thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy kg/h 2.578 2.670 2.706 82.36 80.96 80.16 4.186 4.151 4.131 99.72 96.91 95.31 93.2 93.8 92.5 65 65 65 W 84.53 88.67 85.39 Cân nhiệt lượng cho toàn tháp: Nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ: Qng = = = 154.87 W Bảng nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ Stt kg/kg 79.04 0.851 kg/h 848 2311.1 79 1066 0.523 154.87 79.34 0.804 847.5 2310.4 1134.2 0.431 135.79 79.88 0.735 846.6 2309.0 1234.1 0.395 135.41 Nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào: Ta có: = 0.063 mol/mol = 89.460C; = 90 0C = = 89.73 0C Crượu E = 3.366 kJ/kg độ; Cnước = 4.209 kJ/kg Với CPF = Crượu E + (1- )Cnước = 0.147 3.366 + (10.147)4.209 = 4.085 kJ/kg độ QF = = = 316.69 W Bảng nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào C kg/h 3.101 89.73 89.68 89.63 C 90 89.9 89.8 89.46 QF W 4.085 4.085 4.085 316.69 316.34 315.98 Nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang ra: = 0.691 mol = 79.04 0C; = 79.3 0C = = 79.17 0C Crượu E =3.209 kJ/kg độ; Cnước = 4.190 kJ/kg độ = + (1) = 0.8513.209 + (1 – 0.851)4.19 = 3.355 (kJ/kg.độ) QD = = = 38.65 W Bảng nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang kg/h C C C kJ/kg.đ ộ kJ/kg.đ ộ Cnước kJ/kg.đ ộ QD W 0.523 79.04 79.3 79.17 3.355 3.209 4.19 38.65 0.431 79.34 76.0 77.67 3.387 3.191 4.19 30.82 0.395 79.88 78.8 79.34 3.471 3.212 4.19 30.01 Nhiệt lượng dòng sản phẩm đáy mang ra: = 0.0015 mol = 99.7 0C; = 93.2 0C = = 96.45 0C Crượu E =3.467 kJ/kg độ; Cnước = 4.229 kJ/kg độ 80 = + (1 )× = 0.00383.467 + (1 – 0.0038)4.223 = 4.220 (kJ/kg.độ) Ta có: = - = 2.578 kg/h QW = = = 281.66 W Bảng nhiệt lượng dòng sản phẩm đáy mang kg/h 2.578 C C C kJ/kg.đ ộ kJ/kg.đ ộ Cnước kJ/kg.đ ộ QW W 93.2 96.45 4.220 3.467 4.223 281.66 2.670 99.7 96.91 93.8 95.36 4.189 3.450 4.221 291.42 2.706 95.31 92.5 93.91 4.170 3.429 4.218 289.94 Lượng nhiệt dòng hồn lưu mang vào: = R = 0.5231.6 = 0.837 kg/h Mà = 79.3 0C = + (1) = 0.8513.211 + (1 – 0.851)4.19 = 3.357 (kJ/kg.độ) QLo = tD = = 61.89 W Bảng lượng nhiệt cung cấp dòng hồn lưu mang vào Stt C kJ/kg.đ ộ kJ/kg.đ ộ Cnước kJ/kg.đ ộ QLo W kg/h kg/h 0.523 0.837 79.3 3.357 3.211 4.19 61.89 0.431 0.689 76.0 3.369 3.170 4.19 49.00 0.395 0.632 78.8 3.466 3.205 4.19 47.95 Lượng nhiệt cung cấp cho nồi đun: Qm = 5%QK QK = QD + QW + Qm + Qng QF QLo = 38.65 + 281.66 + 5% QK + 154.87 316.69 61.89 QK = 101.68 W Bảng lượng nhiệt cung cấp cho nồi đun Stt QD W QW W Qng W QLo W QK W 154.87 QF W 316.69 38.65 281.66 61.89 101.68 30.82 291.42 135.79 316.34 49.00 97.57 30.01 289.94 135.41 315.98 47.95 96.24 81 Tài liệu tham khảo [1] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 1, 2, NXB KHKT, 2013 [2] Nguyễn Bin, Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm Tập 4: Phân riêng tác dụng nhiệt, NXB KHKT, 2008 [3] Vũ Văn Bang, Vũ Bá Minh, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học – thực phẩm Tập 3: Truyền Khối, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2010 82 BÀI THỜI GIAN LƯU Mục đích thí nghiệm - Khảo sát thời gian lưu hệ thống bình khuấy mắc nối mơ hình dãy hộp - Xác định hàm phân bố thời gian lưu thực với phổ thời gian lưu lý thuyết - Tìm hiểu cận mơ hình dãy hộp thơng số thống kê mơ hình thí nghiệm Cơ sở lí thuyết 2.1 Thời gian lưu - Thời gian lưu phần tử hệ thời gian phần tử lưu lại bình phản ứng hay thiết bị phản ứng cần khảo sát - Những phần tử lưu chất khác quãng đường khác thiết bị khoảng thời gian khác Dựa hàm phân bố thời gian lưu xác định, ta đánh giá tương quan dòng chuyển động thiết bị, nhược điểm thiết kế vùng chảy tù, chảy tắt, phân lớp… từ mà ta khắc phục nhược điểm thiết bị - Dựa phổ thời gian lưu mà ta vận hành tối ưu qua thiết lập thông số, phương pháp điều khiển tối ưu hóa thiết bị θ= t − = t -Thời gian thu gọn: t υt = τ V tỷ số thời gian lưu phần tử với thời gian lưu trung bình tồn hệ Với: V: thể tích tồn hệ phản ứng v: lưu lượng dòng lưu chất vào thiết bị phản ứng 2.2 Các phương pháp đánh dấu 83 - Để đo thời gian lưu mà thời gian phần tử xác định lưu lại hệ dòng chảy, người ta phải phân biệt với phần tử khác cách đánh dấu Các phần tử đánh dấu phải có đặc điểm khơng ảnh hưởng khác biệt với phần tử tạo nên tương quan hệ - Các loại chất thị đánh dấu mơi trường lỏng là: dung dịch màu, chất phóng xạ, đồng vị phóng xạ ổn định, hạt rắn phát sáng… - Các loại chất thị thích hợp với phần tử hệ phải có ρ ,η , D thích hợp chất thị thích hợp ta để vào hệ theo hai kiểu: Tín hiệu ngẫu nhiên Tín hiệu xác định: tín hiệu tuần hồn tín hiệu khơng tuần hồn - Để khảo cứu thiết bị, người ta thường dùng loại tín hiệu xác định khơng tuần hồn, loại tín hiệu tạo nhờ: Đánh dấu va chạm (tín hiệu xung) Đánh dấu cách cho nhập liệu vào liên tục lượng xác định (tín hiệu bậc) Đánh dấu cách cho nhập liệu chiếm chỗ toàn hệ - Trong thí nghiệm ta sử dụng loại đánh dấu va chạm (xung) - Loại đánh dấu thường thích hợp cho chất thị chất màu - Ta biểu diển hàm phân bố mật độ xác suất thời gian lưu: f (t) = C Ira C Ivao = C Ira (t ) C I*δ (t ) 2.3 Bình phản ứng lý tưởng - Bình khuấy lý tưởng: Bình khuấy lý tưởng có tính chất q trình khuấy trộn hồn tồn Do hỗn hợp phản ứng đồng tất phần thiết bị giống với dòng Điều có ý nghĩa phân tố thể tích phương trình liên quan lấy thể tích V tồn thiết bị phản ứng 84 - Bình ống lý tưởng: Bình ống lý tưởng có tính chất dòng chảy theo phương dọc trục ( từ đầu vào đến đầu ra) trình phản ứng Các điểm tiết diện vng góc với phương dọc trục có tính chất - Mơ hình dãy hộp: Khi nối bình khuấy trộn lý tưởng lại với ta có mơ hình dãy hộp Tổng qt, với mơ hình dãy hộp n bình mắc nối tiếp , ta có hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết sau: n C = nn θ ( n −1) e ( − nθ ) ( n − 1)! Xác định nồng độ cách đo mật độ quang: Tỷ số C/Co thay tỷ số D/D nên ta cần đo mật độ quang thay cho việc đo nồng độ Cơ sở định luật lambert- Beer: ε b.C = k C = − lg(T %) D= Trong ε : hệ số hấp thu mol (l/mol.cm) b: chiều dày cuvert chứa mẫu (cm) C: nồng độ mẫu (mol/l) K: hệ số tỷ lệ T: độ truyền suốt (%) Tiến hành thí nghiệm 3.1 Nguyên tắc 85 - Thiết lập hệ thống bình khuấy trạng thái họa động ổn định - Xác định thời gian lưu theo phương pháp đánh dấu va chạm chất thị chất màu cho vào hệ thống thời điểm t = ( ứng với nồng độ C 0) mẫu lấy thời điểm xác định t ( ứng với Ci ) - Dung dịch màu cho vào bình thứ lấy từ bình cuối - Nồng độ C thay mật độ quang D, mật độ quang đo máy đo độ truyền suốt ánh sáng (T) có λ= 490 nm Tỷ số C/Co thay tỷ số D/D0 3.2 Tiến hành - Bơm từ bồn chứa lên bồn cao vị có nước ống chảy tràn Xác định D0 hệ bình: Cho nước vào bình khuấy có nước chảy tràn từ bình sang bình Khi đó, ta khóa van cấp nước vào bình khuấy ống chảy tràn từ bình sang bình 2, xác định chiều cao mực chất lỏng bình khuấy ( ho ) tương ứng với đường kính bình ( d= 120 mm) Dùng pipet hút 5ml mực đỏ cho nhanh vào phía bình khuấy đồng thời mở cánh khuấy hoạt động khoảng vài phút sau lấy khoảng mẫu để xác định Do Xác định Di hệ bình: Mở van cho nước vào hệ thống bình khấy với lưu lượng 18 l/h ( kiểm tra lại phương pháp thề tích) có nước qua ống chảy tràn giưa bình Bật công tắc cho cánh khuấy họat động dùng van nối ơng chảy tràn giũa bình chỉnh lưu lượng cho nước bình khuấy giữ định h1, hệ họat động ổn định (lưu lượng nước vào, không đổi nhau) ta dung pipet hút 5ml mực đỏ cho nhanh vào phía bình khuấy đồng thời dung thị kế xác định mốc thời gian to=0 sau 30 giây lấy mẫu lần để xác định Di việc lấy mẫu kết thúc nươc bình hết màu đỏ độ truyền suốt T gần 100% Với hệ 2, bình: 86 Cách làm tương tụ hệ bình, mực đỏ cho vào bình lầy bình cuối cùng, lưu lượng hệ phải giống nhau, đồng thời xác định chiều cao mực chất lỏng bình khuây chế độ thi nghiệm Đối với máy so màu: Dùng nước trắng để chuẩn máy Cuvet chứa mẫu phải khơ ráo, bên ống khơng có bọt khí, phải tráng lại nước sau lần chứa mẫu Đo khoảng 10 mẫu dùng mẫu trắng đề chuẩn lại máy nhằm tránh sai số Kết thí nghiệm Khảo sát hệ bình Thông số D0 T0 h0 mm d mm Giá trị 0.098 79.8 100 120 a: hệ số bình Đường kính d: 120 mm Chiều cao h: 100 mm Lưu lượng v: 14.4 (l/h) = 0.004 (l/s) Stt 10 11 12 13 14 15 16 17 18 t (s) T (%) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 80.7 81.3 81.9 82.5 83.7 84.2 84.6 85.7 86.1 87.9 88.3 89.5 90.1 91.6 92.1 93.8 94.4 95.4 87 19 20 21 22 23 24 25 570 600 630 660 690 720 750 96.5 97.6 97.8 98.1 98.4 98.7 98.9 Xử lý số liệu Cách tính tốn dòng 20 Xác định D0 h0= 100 mm T0 = Tmin = 79.8 % D0= – lg (T0) = 2- log (79.8) = 0.098 Thời gian lưu trung bình: - Thực nghiệm: - Lý thuyết: 247.8322 (s) Trong Vậy - (s) Mật độ quang: = log (97.6) = 0.0106 Tính thời gian rút gọn: - Thực nghiệm: với i = 1k Với t20 = 600 (s) 2.4210 - Lý thuyết : Với t20 = 600 (s) 2.1216 Hàm đáp ứng: - Thực nghiệm: = = 0.1077 Cn i = ( - Lý thuyết: D nn ) LT = θ ( n −1) e ( − nθ ) D0 (n − 1)! 88 = 0.1198 Kết xử lý số liệu Stt 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 t(s) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 750 T(%) 80.7 81.3 81.9 82.5 83.7 84.2 84.6 85.7 86.1 87.9 88.3 89.5 90.1 91.6 92.1 93.8 94.4 95.4 96.5 97.6 97.8 98.1 98.4 98.7 98.9 Di 0.0931 0.0899 0.0867 0.0835 0.0773 0.0747 0.0726 0.0670 0.0650 0.0560 0.0540 0.0482 0.0453 0.0381 0.0357 0.0278 0.0250 0.0205 0.0155 0.0106 0.0097 0.0083 0.0070 0.0057 0.0048 (D/Do)TN 0.9503 0.9174 0.8849 0.8525 0.7885 0.7621 0.7411 0.6839 0.6632 0.5715 0.5514 0.4916 0.4620 0.3888 0.3647 0.2836 0.2554 0.2087 0.1579 0.1077 0.0986 0.0850 0.0715 0.0580 0.0490 Đồ Thị: 89 θTN 0.1210 0.2421 0.3631 0.4842 0.6052 0.7263 0.8473 0.9684 1.0894 1.2105 1.3315 1.4526 1.5736 1.6947 1.8157 1.9368 2.0578 2.1789 2.2999 2.4210 2.5420 2.6631 2.7841 2.9052 3.0262 (D/Do)LT 0.8994 0.8088 0.7274 0.6542 0.5884 0.5291 0.4759 0.4280 0.3849 0.3462 0.3113 0.2800 0.2518 0.2265 0.2037 0.1832 0.1647 0.1482 0.1332 0.1198 0.1078 0.0969 0.0872 0.0784 0.0705 θLT 0.1061 0.2122 0.3182 0.4243 0.5304 0.6365 0.7426 0.8487 0.9547 1.0608 1.1669 1.2730 1.3791 1.4851 1.5912 1.6973 1.8034 1.9095 2.0156 2.1216 2.2277 2.3338 2.4399 2.5460 2.6521