3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
3.3.1. Tính toán thông số thiết bị ngưng tụ
Thiết bị ngưng tụ có kích thước và hình dạng phù hợp đủ để làm ngưng tụ hết lượng hơi sinh ra bởi lò vi sóng. Để tính toán được hệ thống ngưng tụ hơi dầu sả, ta
làm thí nghiệm sau:
Gọi Vn1: là thể tích nước ban đầu (l)
Vn2: là thể tích nước còn lại sau thời gian t (l)
Vnbh: là thể tích nướcđã bay hơi sau thời gian t (l)
(Các đơn vị thể tích được đoở cùng một điều kiện nhiệt độ)
Qh: là lượng hơi bay ra trong một giờ (kg/h)
Thí nghiệm: Cho một lượng nước Vn1= 800mL nước và bật lò trong thời gian t
= 25 phút; sau thời gian 25 phút, lượng nước còn lại là Vn2= 540 mL. Vnbh = Vn1 – Vn2 = 800 – 540 = 260 (mL) (3) Khối lượng hơi bay ra trong một giờ sẽ là:
Qh = = = 624 mL/h = 0,624 (kg/h)(4)
ε: hệ số bay hơi với 1kg (ε ≈1,2)
Qhơi = 1200 x 0.624 = 748,8 (l/h) Nhiệt lượng hơi là :
Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện tính dẫn nhiệt của vật liệu
Theo biểu đồ hệ số dẫn nhiệt và tính sẵn có của vật liệu ta chọn vật liệu truyền
nhiệt của bình ngưng là ống đồng:
λđồng = 384 W/m.0C
Độ dẫn nhiệt của nước là: λnước = 0,6 W/m.0C
Nhiệt độ bay hơi ban đầu: giả sử ở nhiệt độ t1 = 1000C
Nhiệt độ sau khi ngưng tụ bằng nhiệt độ của môi trường: t2 = 300C
Độ chênh lệch nhiệt độ Δt = 700C.
Áp dụng theo định luật Fourrier thì diện tích trao đổi nhiệt được tính theo công
thức: Nhiệt lượng dQn truyền qua bề mặt diện tích dF trong thời gian d sẽ tỉ lệ thuận
với Gradient nhiệt độ với thời gian và diện tích bề mặt:
dQn= λn. . dF.d (6)
Gradient nhiệt độ: Sự biến thiên nhiệt độ giữa 2 mặt đẳng nhiệt liền nhau là Δt,
khoảng cách giữa chúng theo phương pháp tuyến là Δn, theo phương x là Δx ta có:
và là sự gia tăng nhiệt độ trên một đơn vị độ dài.
Vì Δn < Δx => > nên sự biến thiên nhiệt độ trên một đơn vị chiều dài sẽ lớn
nhất theo phương pháp tuyến.
Khi 2 mặt đẳng nhiệt tiến tới sát nhau:
= (7)
Grad T = (độ/m).
Đối với lò vi sóng: tại điểm cuối trong quá trình làm việc của vi sóng, lò vi sóng tắt, nhiệt độ bên trong của lò được đo bằng camera hồng ngoại. Độ biến thiên nhiệt độ nước (Δt) được thể hiện ở biểu đồ bên dưới:
Hình 3.7. Hình ảnh mô tả quá trình tính toán điện trường
Tính toán từ trường của lò vi sóng từ quá trình tăng nhiệt độ được tính theo các phương trình sau:
Phương trình công suất vi sóng: ΔP = . ε0. ε”. V.E2(9)
Năng lượng tiêu thụ (Pw) được tính theo công thức:
Pw= Δt.ΔP = . ε0. ε”.V. .Δt (10)
(ω= 2πυ (trong đó υ là tần số của lò vi sóng Hz)
Trở lại công thức (4) và áp dụng bài toán truyền nhiệt qua vách trụ ta có:
Hình 3.8. Ống dẫn hơi bằng vật liệu đồng
Chọn ống dẫn hơi có vật liệu bằng đồng, đường kính 12mm, chiều dày của thành ống 0.35 mm: d2 = 12.0 mm => r2 = 6 mm (d2 = 0,012 m) d1 = 11,30 mm, r1= 5,65 mm (d1 = 0,0113 m) Khi đó: (11) Qn.Ln( ) = 2 - )
L =
Thay số vào ta có: L = =7,8 (m) Khối lượng tinh dầu thu được:
M: Khối lượng lá sả ban đầu (khối lượng nguyên liệu thô) (mg)
M1: Khối lượng tinh dầu thu được (mg)
M2: Khối lượng tinh dầu ngưng tụ bám trên thiết bị (mg)
M3: Khối lượng hơi thất thoát do độ kín khít của hệ thống (mg)
M4: Khối lượng sả khô sau khi chưng cất (mg) Ta có phương trình cân bằng khối lượng:
M = M1+ M2 + M3 + M4 (12)
Khối lượng sả nguyên liệu (M) được xác định cân trước khi trưng cất;
Khối lượng tinh dầu sả thu được (M1) tính bằng công thức:
M1= ρ.Vtd (13)
Với ρ = 0.8 tỉ trọng của tinh dầu g/ml (kg/m3) Vtd: thể tích tinh dầu thu được.
M2 và M3: Khối lượng tinh dầu bám trên thiết bị và số lượng tinh dầu thất thoát
là rất ít vì hệ thống kín (các giá trị này sấp xỉ bằng 0).
M4: Khối lượng sả sau thời gian trưng cất được xác định bằng phương pháp cân cơ học.