Bảng 2.1: Số liệu thơ thu được sau q trình cơ đặc
Thời gian (phút) 0 10 20 30 40 50 60
32
2. Tính tốn
Nồng độ phần khối lượng của dung dịch đường nhập liệu: Tại t = 0, nồng độ là 17,5Bx vậy xđ = 0,175 (phần khối lượng)
Nồng độ dịch đường thu được sau q trình thí nghiệm: 73,5Bx => xc= 0,73,5 (phần khối lượng)
Vngưng= 720 + 1895 + 1530 + 1597 + 1623 + 670 + 180 = 8215 ml Lượng nước ngưng thực tế:
W¿=V ngưng ρngưng=8215. 10−3 .995,7=8,2(kg)
(Tổng thể tích nước ngưng thu được trong suốt q trình thí nghiệm (m3)). Tính cân bằng vật chất và các đại lượng chưa
biết: Ta có: xđ = 0,175 (phần khối lượng) Gđ = 10 (kg), Gc = 1,64(kg)
Tính xc và W áp dụng định luật bảo toàn vật chất: Bảo toàn khối lượng: Gđ = Gc + W
W= Gđ - Gc= 10 - 1,64= 8,36 (kg) Bảo tồn chất khơ: Gđ.xđ = Gc.xc
xc= Gđ.xđ / Gc = 10 . 0,175/1,64 = 1,06 (phần khối lượng) Sai số nồng độ cuối của quá trình:
%SSXe=|Xc− Xc '|
.100 %= 1,06−0,735
.100 %=30,7 %
Xc1,06 Trong đo:
xc: Nông đọ % chât kho trong san phâm sau co đạc theo ly thuyêt (phân khôi luơng). xc’
: Nông đọ % chât kho trong san phâm co đạc theo thưc tê đo băng Bx kê (phân khôi luơng).
Sai số lượng nước ngưng thu được trong q trình cơ đặc
33
3. (B x) đư ờn g dị ch du ng độ N ồn g
Đồ thị biểu diễn nồng độ dung dịch đường theo thời gian cô đặc
th
u
đư
ợ
Thời gian (Phút)
Đồ thị biểu diễn lượng nước ngưng thu được theo thời gian cô đặc
BI. KẾT LUẬN
1. Đồ thị
- Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa chỉ số Bx và thời gian cô đặc : Chỉ số Bx tăng dần theo thời gian
- 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 khơng đủ để đẩy nước từ bình chứa ngưng ra ngồi để đo.
2. Kết quả thí nghiệm: có sai số Nguyên nhân
Thiết bị cô đặc gián đoạn một nồi sử dụng trong thí nghiệm cơ đặc, giúp chúng ta thực hành và hiểu về quy trình cũng như các cách vận hành của thiết bị cơ đặc. Q trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một phần dung môi ở nhiệt độ sôi trong môi trường chân không nên nhiệt độ sôi của dung dịch đường giảm, làm giảm sự hao phí nhiệt năng và giúp cho sản phẩm khơng bị biến tính khi ở nhiệt độ cao. Trong quá trình thực hành thí nghiệm sẽ khơng tránh khỏi sự sai xót về thơng số, nhiệt độ, thời gian.
- Các thao tác kỹ thuật trong q trình thí nghiệm chưa tốt.
- Dụng cụ thiết bị thí nghiệm cịn nhiều hạn chế.
- Sai số làm tròn lớn.
- Cân đong dung dịch đường chưa chính xác.
- Thơng số thiết bị khơng ổn định.
- Thời gian không đồng đều.
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.
- 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 tốn cẩn thận và chính xác.
IV. TRẢ LỜI CÂU HỎI CHUẨN BỊ 1. Mục tiêu bài thí nghiệm là gì?
35
- Trình bày được cấu tạo, nguyên lí làm việc và ưu nhược điểm thiết bị cô đặc gián đoạn một nồi, hoạt động trong điều kiện chân không.
- Vận hành được hệ thống cơ đặc.
- Tính tốn được cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng và các đại lượng đặc trưng cho q trình cơ đặc.
2. Cơ đặc là gì?
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 q trình cơ 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 đo nhiệt 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?
Có 2 phương pháp:
- Phương pháp 1: sử dụng Brix kế theo nguyên tắc khúc xạ quang học (nồng độ
càng lớn góc khúc xạ càng lớn).
- Phương pháp 2: dùng phù kế (tỷ trọng kế) theo nguyên tắc nồng độ càng cao thì lực đẩy càng mạnh.
6. Nêu các bước tiến hành thí nghiệm?
- Chạy nước nóng -
Cơ đặc dung dịch - Vệ sinh thiết bị
7. Mô tả cấu tạo hệ thống thiết bị cơ đặc dùng trong thí nghiệm?
- Máy khuấy trộn.
- Thiết bị ngưng tụ ống xoắn.
36
- Bình chứa nước ngưng.
- Bơm chân khơng loại vịng nước.
- Áp kế đo độ chân không.
- 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 cơ đặc?
Phương trình cân bằng nhiệt lượng trong q trình cơ đặc:
Q
v Q
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].
37
Qmt: tổn thất nhiệt ra môi trường, [J].
D: lượng hơi đốt tiêu tốn.
11. Viết cân bằng vật chất cho q trình cơ đặc?
Gđ =Gc +W Gđ . xđ =Gc . xc
Trong đó: Gđ khối lượng nguyên liệu [kg].
Gc khối lượng sản phẩm [kg].
xđ nồng độ % chất khô trong nguyên liệu [ phần khối lượng].
xc nồng độ % chất khô trong sản phẩm [phần khối lượng].
38
BÀI 3: CHƯNG CẤT
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Khái niệm chung
a. Định nghĩa chưng cất
Chưng cất là quá trình dùng để tách cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí-lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (ở củng điều kiện).
b. Các phương pháp chưng cất
- Chưng cất đơn giản: dủng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác nhau.
- Chưng cất bằng hơi nước trực tiếp: dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi.
- Chưng cất: dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hịa tan một phần hoặc hịa tan hồn toàn vào nhau.
c. Định luật Henry:
Đối với dung dịch lý tưởng áp suất riêng phần p của khí trên chất lỏng tỷ lệ với phần mol x của nó trong dung dịch.
y=H.p
Trong đó: H: Hằng số Henry (khi nhiệt độ tăng thì H tăng).
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.x
Trong 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. Mơ hình mâm lý thuyết
39
Mơ hình mâm lý thuyết là mơ hình tốn 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 hịa trộn hồn tồn trên mâm.
- Pha hơi không lôi cuốn các giọt lỏng từ mâm dưới lên mâm trên và đồng thời có nồng 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+W
F.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.
4. Hiệu suất
Để chuyển từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất mâm. Có ba loại hiệu suất mâm được dùng là: Hiệu suất tổng quát, liên quan đến toàn tháp; Hiệu suất mâm Murphree, liên quan đến một mâm; Hiệu suất cục bộ, liên quan đến một vị trí cụ thể trên một mâm.
Hiệu suất tổng quát Eo: là hiệu suất đơn giản khi sử dụng nhưng kén chính xác nhất, được định nghĩa là tỉ số giữa số mâm lý tưởng và số mâm thực cho toàn tháp.
E 0= số mâm lý tưởngsố mâm thực
40
Hiệu suất mâm Murphree: là tỉ số giữa sự biến đổi nồng độ pha hơi qua một mâm với sự biến đổi nồng độ cực đại có thể đạt được khi pha hơi rời mâm cân bằng với pha lỏng rời mâm thứ n.
EM = yn− yn± 1
y∗n− yn+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 n
y*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 khơng 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:
EM = y ' n− y' n+1
y' en− 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