Chương 3 : HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
3.2 Thiết bị mô phỏng mạch nước giải nhiệt của hệ thống Chiller giải nhiệt nước
Công suất giải nhiệt của dàn ngưng là [19]. Qk = Q0 0
Q
COP+ (3.1)
Qk = 21,3Kw = 18368 (Kcal/h) Ta chọn bình ngưng cống suất giải nhiệt 5Hp = 19500 (Kcal/h) Chọn điện trở gia nhiệt có cơng suất Qđt = 22 (KW)
Hình 3.2 Điện trở
Bảng 3.1. Thơng số của điện trở
Ta chọn tháp giải nhiệt của hãng Alpha có model là APC 5RT, có các thơng số cơ bản sau:
Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật tháp giải nhiệt
Ta chọn ΔTnước giải nhiệt cho bình ngựng là 5oC. Lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng là:
G = . k p Q CT (3.2) STT Thông số Giá trị 1 Chất liệu Inox 301 2 Điện áp 380V 3 Công suất 25KW STT Thông số Giá trị 1 Hãng Alpha
2 Công suất 19500Kcal/hr 3 Lưu lượng 65l/phút 4 Motor quạt 380V-1/6Hp
G = . k p Q CT = 22 4,18.5 = 1.05l/s = 63 l/phút
Hình 3.3 Bơm nước tuần hồn giải nhiệt cho bình ngưng Bảng 3.3 Thơng số bơm nước nước giải nhiệt Bảng 3.3 Thông số bơm nước nước giải nhiệt
*Tính chọn bơm nước nóng
Nước ban đầu trước khi đun (nước thủy cục) t0 = 28oC Nước ra khỏi bộ gia nhiệt chọn t1 = 65oC
Nước hồi từ bình ngưng về bộ gia nhiệt chọn t2 = 40oC G’ = .(10) dt p Q Ct−t (3.3) G’ = ( 10) . dt p Q Ct−t = 4,18. 65 40(22− ) = 0.21l/s = 12.6l/phút STT Thông số Giá trị 1 Hãng Panasonic 2 Công suất 240W 3 Lưu lượng 65l/phút 4 Cột áp 40m 5 Số vòng quay 2850r/phút
Hình 3.4 Bơm nước nóng Bảng 3.4 Thơng số bơm nước nóng Bảng 3.4 Thơng số bơm nước nóng
Chọn bình gia nhiệt nước có thể tích thực là 30l
Lượng nhiệt cần để gia nhiệt từ nhiệt độ ban đầu t0 = 28 0C tới lúc đạt t1 = 65oC là Q’= 4,18.1000.30.(65 - 28) = 4639800 J
Thời gian cần để gia nhiệt từ nhiệt độ ban đầu t0 = 28 0C tới lúc đạt t1 = 65oC là
t = 4639800 22000 = 211s = 3.52 phút STT Thông số Giá trị 1 Hãng Nanoco 2 Công suất 85W 3 Lưu lượng 15l/phút 4 Cột áp 28m
Hình 3.5 Thùng nước nóng chứa điện trở để gia nhiệt cho nước Bảng 3.5 Thơng số thùng chứa nước nóng Bảng 3.5 Thơng số thùng chứa nước nóng
Chọn bơm chìm Hình 3.6 Bơm chìm Bảng 3.6 Thơng số bơm chìm STT Thơng số Giá trị 1 Công suất 65W 2 Lưu lượng 2500l/h 3 Cột áp 3m STT Thông số Giá trị
1 Chất liệu Nhựa HDPE
3.2 Thiết bị của bộ xử lí nước bằng công nghệ điện phân 3.2.1 Máy đo nồng độ PH:
Hình 3.7 Bút đo PH P-2S của hãng total meter
Bút đo pH/Nhiệt độ P-2S hay bút đo pH P-2S là thiết bị giúp hỗ trợ kiểm tra chất lượng nước một cách nhanh chóng và tiện lợi. Máy được ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực thủy sinh, thủy canh, ngành công nghiệp giấy hay công nghiệp chế biến thực phẩm…
* Thông số kỹ thuật.
▪ Phạm vi đo pH: 0.00 ~ 14.00 pH
▪ Độ phân giải: 0.1 pH
3.2.2 Thiết bị tổng chất rắn hòa tan TDS
TDS (Total Dissolved Solids) là chỉ số thể hiện tổng chất rắn hòa tan (tổng số các ion mang điện tích, bao gồm muối, khống chất hoặc kim loại) tồn tại trong một thể tích nước nhất định. Những chất có trong nước chủ yếu là khống chất, muối, chất hữu cơ, các hợp chất vô cơ như kim loại nặng - chất rắn lơ lửng khơng lắng hoặc khơng hịa tan trong nước (canxi, magiê, natri, kali và các anion cacbonat, bicarbonate, clorua, sunfat). Khơng bao gồm các chất hữu cơ có tự nhiên trong nước và mơi trường, một số hợp chất có thể cần thiết cho cơ thể, nhưng, có thể gây hại khi dùng nhiều hơn hàm lượng được khuyến nghị. TDS được biểu thị bằng đơn vị mg/L hoặc ppm (parts per million - phần triệu).
Thiết bị sử dụng là bút đo TDS/Nhiệt độ TDS-04 của hãng total meter.
Bút đo TDS/Nhiệt độ TDS-04 là một loại máy đo TDS kỹ thuật số cầm tay tiện lợi. Máy có chức năng hỗ trợ kiểm tra và kiểm soát độ tinh khiết của nước.
Hình 3.9 Bút đo TDS * Thông số kỹ thuật * Thông số kỹ thuật ▪ Phạm vi đo TDS: 0-9990 ppm ▪ Sai số: +/- 2% ▪ Kích thước: 154 * 26 * 19mm ▪ khối lượng tịnh: 65 g
Hình 3.10 Quá trình đo chỉ số TDS cho nước thí nghiệm.
3.2.3 Thiết bị đo EC
EC là chữ viết tắt của Electrical Conductivity, hay còn gọi là độ dẫn điện. EC đo lường khả năng dẫn điện của dung dịch. Nước cất khơng dẫn điện được vì khơng có chất điện ly, nên được sử dụng làm nguyên liệu cách điện.
Trong nước có nhiều phân tử muối hịa tan, tồn tại ở dạng: ion dương, hay cation và ion âm, hay anion. Sự tồn tại của muối trong dung dịch giúp dung dịch có khả năng dẫn điện. Vì thế, dung dịch càng chưa nhiều muối thì độ dẫn điện (EC) càng cao. Có nghĩa là EC càng cao thì ion trong dung dịch càng lớn.
Hình 3.11 Thiết bị đo EC được sử dụng là bút Đo EC DiST4 HI98304 của hãng Hanna- Romania.
* Thông số kỹ thuật:
▪ Hiệu chuẩn: Bằng tay, 1 điểm
▪ Bù nhiệt: tự động từ 0 đến 50°C (32 to 122°F)
▪ Hệ số chuyển đổi TDS: 0.5
3.2.4 Bộ kiểm tra độ cứng nước
Như đã đề cập ở trên, Độ cứng của nước được định nghĩa là khả năng kết tủa của nước. Các ion trong nước tạo ra sự kết tủa nhiều nhất là canxi và magiê. Do đó, kiểm tra độ cứng của nước thường là biện pháp định lượng của các ion trong mẫu nước. Nó cũng có thể nhận biết các ion khác, chẳng hạn như sắt, kẽm và mangan, góp phần vào độ cứng tổng. Các biện pháp kiểm soát độ cứng của nước là điều cần thiết để ngăn ngừa cặn bã gây và tắc nghẽn trong đường ống nước và việc kiểm tra là rất cần thiết cho mọi thiết bị.
Thiết bị được sử dụng là bộ kiểm tra độ cứng nước Hanna HI3812 (0 - 300 mg/L) do hãng Hanna. Hình 3.12 Bộ chuẩn độ cứng. * Thơng số kỹ thuật: ▪ Phương pháp: Chuẩn độ ▪ Thang đo: 0,0-30,0 mg / L; 0-300 mg / L ▪ Tăng nhỏ nhất: 0,3 mg / L; 3 mg / L
▪ Phương pháp hóa học: EDTA
▪ Số lần thử: 100
▪ Trọng lượng: 460 g
Hướng dẫn sử dụng bộ kiểm tra độ cứng: Thang đo 0 – 300 mg/L CaCO3
1.Tháo nắp cốc nhựa nhỏ. Đổ mẫu nước vào cốc đến vạch 5 mL và đậy nắp.
2.Nhỏ 5 giọt dung dịch Đệm độ cứng qua lỗ nhỏ trên nắp và lắc tròn cốc.
3.Thêm 1 giọt Chỉ thị Calmagite qua lỗ nhỏ trên nắp và lắc tròn như trên. Dung dịch sẽ chuyển màu đỏ tím
4.Dùng bơm tiêm chuẩn độ, đẩy pittong hoàn toàn vào xi lanh. Nhúng đầu hút vào dung dịch EDTA HI3812-0 và kéo pittong về vạch 0.
5.Đặt đầu ống tiêm vào lỗ nhỏ trên nắp cốc nhựa và từ từ nhỏ giọt chuẩn độ vào và lắc đều sau mỗi lần nhỏ giọt.
6.Tiếp tục thêm dung dịch chuẩn độ đến khi dung dịch chuyển sang màu tím. Sau đó lắc đều khoảng 15 giây sau mỗi lần nhỏ giọt đến khi dung dịch chuyển màu xanh.
7.Đọc số chỉ mL của dung dịch chuẩn độ trên thang bơm tiêm và nhân giá trị với 300, thu được kết quả của độ cứng theo mg/L (ppm) CaCO3.
Nếu kết quả dưới 30 mg/L, đo theo tiến trình sau:
1.Tháo nắp cốc nhựa lớn. Đổ mẫu nước vào cốc đến vạch 50 mL và đậy nắp
2.Tiếp tục như các bước trong tiến trình chuẩn độ Thang Cao.
3.Đọc số chỉ mL của dung dịch chuẩn độ trên thang bơm tiêm và nhân giá trị với 30, thu được kết quả của độ cứng theo mg/L (ppm) CaCO3.
3.2.5 Bộ đo lưu lượng nước
Cảm biến lưu lượng nước S201 thường dùng trong các máy bơm nước hồ cá, máy bơm mini, máy nước nóng.
- Ứng dụng trong các dự án vườn tự động, hệ thống nước tự động,...
- Bộ cảm biến lưu lượng nước S201 hoạt động dựa trên cánh quạt và cảm biến Hall. Khi có dịng nước chảy qua, cánh quạt quay ==> Cảm biến Hall ==> Ngõ ra xung vuông. Thông số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động: 5V ~ 18V DC - Dòng điện tiêu thụ: 15mA - Điện áp ngõ ra: 5V, mức logic
- Tốc độ dịng chảy làm việc: 1 - 30 Lít/phút - Sai số: ±10%
- Áp lực nước tối đa: 2.0 MPa
- Chu kỳ làm việc: 50% (0.04us mức cao, 0.18us mức thấp) - Số xung trên mỗi lít nước: 450 xung
- Độ bền: Sử dụng được ít nhất 300.000 lần - Kích thước: 6.35 * 3.56 * 3.56 cm
Hình 3.14 Cảm biến lưu lượng nước
3.2.6 Năng lượng điện năng tiêu thụ
Năng lượng điện năng tiêu thụ sau mỗi thí nghiệm (Wh) được đo bằng đồng hồ điện năng PZEM-002 (Peacefair-China).
Năng lượng điện năng tiêu thụ sau mỗi thí nghiệm chính là số Wh mà chúng ta dùng cho thiết bị chạy trong suốt q trình thí nghiệm.
A= P.t (3.3)
với A: lượng điện tiêu thụ trong thời gian (Kw.h) P: công suất (Kw)
t: thời gian sử dụng (giờ)
Sau mỗi một thí nghiệm năng lượng điện năng tiêu thụ sẽ được ghi vào để so sánh về mức độ tiêu thụ điện năng với các thí nghiệm khác.
3.3 Phương pháp và thơng số thí nghiệm
Bảng 3.7 Các thơng số điện cực ban đầu. Nội dung vật Nội dung vật
liệu điện cực
Giá trị thơng số thí nghiệm
Cách lấy thông số Ghi
chú Loại diện cực TiTan Như phần 1.7 đã đề cập
Bản cực - 2 bản cực âm titan - 1 bản cực dương titan có phủ lớp PbO2.
1 cực dương 2 cực âm, số bản cực sẽ liên quan đến mật độ dịng điện, vì vậy có thể chọn theo cơng thức i= I/S với mật độ dịng điện cho trước và điều chỉnh I.
Kích thước mỗi bản cực
10x10 cm Kích thước đủ để bản cực ngập trong nước.
Diện tích bản cực
145cm2
Bản cực dẹp dạng lưới.
Lổ trống hình thoi: Đường chéo d1=0,2cm, d2=0,8cm. Diện tích St=1/2(0,2x0,8) = 0,08 cm2. Số lổ trống: 343. Diện tích lổ trống = 0,08x343 = 27,44 cm2 Diện tích phản ứng S= (Diện tích phủ bì - Diện tích lổ trống) x 2 mặt S = (10x10 - 27,44) x2 = 145 cm2
Để đạt được những thông số với độ điện phân tối ưu nhất. Với điện cực là Titan, ta cần thực hiện những thí nghiệm để xác định các thơng số sau đây: mật độ dịng điện, khoảng cách giữa các cực, thể tích của bể chứa, lưu lượng dịng chảy.
Đối với các thí nghiệm để xác định ta sẽ thực hiện với cùng một loại nước được lấy cùng cùng địa điểm để đảm bảo tính khách quan cho số liệu của mình. Bởi vậy, nước thí nghiệm được thu ở những địa điểm khác nhau sẽ không giống nhau về thành phần và nồng độ các chất. Khi đó, điều kiện vận hành của các thí nghiệm trong cùng một nghiệm thức sẽ khác nhau và kết quả đạt được sẽ khơng đồng nhất nhau.
Thể tích nước cần xử lý cũng chính là thể tích nước của tháp giải nhiệt của hệ thống là 65l. Nước sẽ được bơm chìm vận chuyển từ bể của tháp giải nhiệt đến bể phản ứng điện phân. Lưu lượng thí nghiệm sẽ được điều chỉnh thơng qua van bi.
Bảng 3.8 Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 232-1999 về chất lượng nước cấp cho hệ thống tuần hoàn nước lạnh và nước cấp giải nhiệt .
Bảng 3.9 Thông số nước đầu vào bộ điện phân ban đầu. . .
Hiệu quả xử lý được tính theo phương trình sau:
(%) inout in CC R C − = (3.4) Trong đó: R: tỷ lệ phần trăm độ cứng sau xử lý (%) in C : nồng độ ban đầu (ppm) out C : nồng độ sau xử lý (ppm)
Sau mỗi lần điện phân, nhóm sẽ thực hiện lấy điện cực cân lại. Và sẽ đem điệc cực đó làm sạch để điện cực có thể thực hiện thí nghiệm q trình điện phân tiếp theo mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng phản ứng của thí nghiệm.
3.3.1 Thí nghiệm định hướng chọn mật độ dịng điện
Để thực hiện thí nghiệm ta xin chia ra làm 6 mốc mật độ dòng điện là: 20 A/m2, 40 A/m2, 60 A/m2, 80 A/m2, 90 A/m2, 100 A/m2. Sau mỗi thí nghiệm, điện năng tiêu thụ sẽ được thống kê.
Các thông số yêu cầu của nước Giá trị
Độ PH 7,6
Độ cứng cacbonat 240mg/l
Thông số nước đầu vào Giá trị
Tổng độ cứng (mg/) 280
TDS (mg/l) 405
Đối với các thơng số cịn lại, ta quyết định chọn như sau: cường độ dòng điện được xác định dựa vào công thức liên quan giữa mật độ dòng điện và cường độ dòng điện, khoảng cách giữa các điện cực 2cm.
Vì vậy với thí nghiệm này ta thực hiện 6 thí nghiệm với mốc mật dộ dịng điện khác nhau đã chọn. Mục đích của thí nghiệm là chọn được một thơng số mật độ dòng điện đạt kết quả tối ưu nhất trong điện phân.
Trong quá trình vận hành, ta sẽ theo dõi quá trình điện phân và mỗi 5 phút sẽ ghi các thơng số cần thiết trong 100 phút. Sau đó phân tích thơng số và chọn ra mật độ dịng điện tối ưu nhất dựa trên các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật đề ra. Và kết quả này sẽ dùng để thưc hiện thí nghiệm tiếp theo.
3.3.2 Thí nghiệm định hướng chọn khoảng cách giữa các điện cực
Thí nghiệm này ta thực hiện với 3 thí nghiệm tương ứng với 3 khoảng cách lần lượt là 1cm; 2cm; 3cm. Đối với các thơng số cịn lại, ta quyết định chọn như sau: mật độ dòng điện là 90A/m2 (theo thí nghiệm 2.3.1 thí nghiệm đinh hướng chọn mật độ dịng điện). Sau mỗi thí nghiệm, điện năng tiêu thụ sẽ được thống kê.
Vì vậy với thí nghiệm này ta thực hiện 3 thí nghiệm với 3 khoảng cách khác nhau đã chọn. Mục đích của thí nghiệm là chọn được một khoảng cách giữa các điện cực tối ưu nhất trong điện phân.
Trong quá trình vận hành, ta sẽ theo dõi quá trình điện phân và mỗi 5 phút sẽ ghi các thông số cần thiết trong 100 phút. Sau đó phân tích thơng số và chọn ra khoảng cách giữa các điện cực tối ưu nhất dựa trên các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật đề ra. Và kết quả này sẽ dùng để thực hiện thí nghiệm tiếp theo.
3.3.3 Thí nghiệm định hướng chọn thể tích bể phản ứng
Ta sẽ thực hiện 4 thí nghiệm với bước nhảy là 0,5l (tức là bắt đầu 1l và kết thúc ở 2,5l). Đối với các thơng số cịn lại ta lựa chọn như sau: mật độ dòng điện là 90A/m2
(theo thí nghiệm 2.3.1 thí nghiệm định hướng chọn mật độ dịng điện) và khoảng cách sẽ 2cm (theo thí nghiệm 2.3.2 thí nghiệm đinh hướng chọn khoảng cách giữa các điện cực). Sau mỗi thí nghiệm, điện năng tiêu thụ sẽ được thống kê.
Vì vậy với thí nghiệm chọn thể tích bể phản ứng ta thực hiện 4 thí nghiệm với 4 thơng số thể tích khác nhau như đã đề cập. Mục đích của thí nghiệm là chọn được thể tích bể phản ứng thích hợp cho thí nghiệm.
Trong q trình vận hành, ta sẽ theo dõi quá trình điện phân và mỗi 5 phút sẽ ghi các thông số cần thiết trong 100 phút. Sau đó phân tích thơng số và chọn ra thể tích tối ưu nhất dựa trên các mục tiêu kinh tế và kỹ thuật đề ra. Và kết quả này sẽ dùng để thưc hiện thí nghiệm tiếp theo.
Từ 3 kết quả thí nghiệm định hướng trên ta sẽ chọn những thông số tối ưu nhất để thực hiện việc đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng dịng chảy đến q trình điện phân xử lý nước cứng.
3.3.4 Thí nghiệm đánh giá sự ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy đến hiệu suất của bộ điện phân
Bảng 3.10 Các thơng số đầu vào trong thí nghiệm đánh giá lưu lượng
Thông số Giá trị Tham khảo
Mật độ dòng điện cực
dương 90A/m
2 Được chọn từ thí nghiệm 3.3.1
Khoảng cách 2cm Dựa vào thí nghiệm 3.3.2