Kích thước, mm
Diện tích bề mặt làm việc, cm2
Điện trở của toàn thanh ở trạng thái nóng, Q Chiều dài toàn thanh Đường kính hai đầu Thanh nung công nghiệp
KHC - 25x300 406 236 0,77 - 1,75 KHC - 25x300 1120 25 236 1,1-1,55 KHC - 25x400 1220 25 314 1,2-1,80 KHC - 25x560 711 - 564 1,2-2,8 KHMB - 25x400 640 - 314 1,1-2,0 Dùng ở phòng thí nghiệm KHM- 8x100 270 14 25,1 1,0- -2,0 KHM-8x150 270 14 37,8 1,5- -3,0 KHM-8x150 320 14 37,8 1,5- -3,0 KHM-8x150 420 14 37,8 1,5- -3,0 KHM-8x180 300 14 45,2 1,8- -3,6 KHM-8x180 350 14 45,2 1,8- -3,6 KHM-8x180 400 14 45,2 1,8- -3,6 KHM-8x180 480 14 45,2 1,8- -3,6 KHM - 8x200 500 14 50,2 2,0- -4,0 KHM - 8x250 450 14 62,5 2,5- -5,0 KHM - 12x250 750 18 94,2 1,5- -3,0 KHM - 14x300 800 23 132,0 1,75-3,5
nghiệp Công nghiệp và phòng thí nghiệm KHẢ - 12x200 280 75,4 4,4- -9,0 KHA - 12x230 320 - 86,5 4,5- -9,0 KHA-16x320 280 - 115 4,5- -9,0 Ghi chú:
1. Sai số điện trở không lớn hơn 4%.
2. Hai chữ số viết ở mác thanh nung: Chữ số thứ nhất là đường kính phần làm việc, chữ số thứ hai là chiều dài phần làm việc.
b. Tính toán kích thước dây trở
Nhiệt lượng cần thiết cấp cho bộ hóa hơi được xác định theo công thức tổng quát
Q = m.c.Δt
Để đơn giản hóa quá trình cấp nhiệt cho bộ hóa hơi ta coi nhiệt lượng có ích cấp cho lò nung chỉ là nhiệt cấp cho lõi bộ hóa hơi và lượng xăng và nước cho vào để đạt được nhiệt độ tối đa còn nhiệt lượng làm nóng các chi tiết coi như là tổn thất nhiệt của bộ hóa hơi.
Vì yêu cầu về sự bay hơn hoàn toàn của lượng nước và lượng nhiên liệu cấp vào bộ hóa hơi cho nên ta chọn lõi bộ hóa hơi có kích thước như sau : D=42 mm, d=40 mm, L= 600 mm.
Khi đó:
Qi=m1 .c1. Δt1+m2.c2. Δt2+ m3.c3. Δt3+ m4.c4. Δt4
Trong đó:
• Qi: Công suất có ích của lò;
• m1= 0,4 (kg): khối lượng phoi nhôm ở trong lò ; • c1= 880 (J/kg.K): Nhiệt dùng riêng của nhôm.
• Δt1 = Δt2 = Δt3 = Δt4 = Δt5 = Δt6 =380 oC: Độ tăng nhiệt độ của không khí và lõi bộ hóa hơi;
• m2=0,6 (kg): Khối lượng ống thép làm lõi lò;
• c2= 460 (J/kg.K): Nhiệt dùng riêng của thép làm lõi lò. • m3=0,4 (kg): Khối lượng ống sứ cách điện;
• c3= 800 (J/kg.K): nhiệt dung riêng của sứ ceramic; • m4=0,028 (kg): Khối lượng của nước và xăng; • c4= 4200 (J/kg.K): nhiệt dung riêng của nước; Thay các giá trị vào biểu thức tính nhiệt lượng ta được.
Qi= 0,4. 880. 380+ 0,6. 460. 380+0,4.800.380+0,056.4200.380=449616 (J) Khi đó công suất nhiệt của bộ hóa hơi là:
nghiệp
Pn= t Qi
Với t là thời gian gia nhiệt. Để đáp ứng được yêu cầu về tốc độ gia nhiệt đạt tối đa ở mức 60 oC/phút thì ta coi thời gian gia nhiệt cho lò từ nhiệt độ phòng lên nhiệt độ tối đa chỉ trong 7 phút hay là 420 giây. Vậy công suất nhiệt của bộ hóa hơi sẽ là:
Pn=
420 449616
=1070,5 (W)
Toàn bộ tổn thất năng lượng của bộ hóa hơi bao gồm: Tổn thất của quá trình chuyển hóa điện năng sang nhiệt năng, nhiệt lượng cấp cho các vật liệu cách nhiệt và tỏa ra môi trường xung quanh. Công suất điện của bộ hóa hơi được xác định theo công thức sau:
Pđ = HPn .100
Với là hiệu suất chung của bộ hóa hơi. Lựa chọn theo giá trị kinh nghiệm về thiết kế lò nung điện trở: H= 75% ; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ta xác định công suất điện của lò:
Pđ = 75 5 , 1070 .100 =1427 (W)= 1,427 (kW)
Lựa chọn loại dây nhiệt điện trở có sẵn trên thị trường là dây hợp kim Niken-crom có đường kính d=0.5 mm. Vì cảm kháng của dây quá nhỏ so với điện trở nên coi dây là thuần trở, vì vậy chiều dài dây được xác định theo công thức sau: Pđ= I2R.10-3= L d U ρ π 4 10 3 2 2 − Suy ra: L= ρ π . 4 . 10 . . 2 3 2 đ P d U − = 1427 . 35 , 0 10 . 5 , 0 . . 2202π 2 −3 =19,5 (m)
Vậy lựa chọn kích thước dây trở là: + Đường kính: d=0,5mm
+ Chiều dài dây: L=19,5 m.
nghiệp
Hình 3.7. Buồng phản ứng
Buồng phản ứng là nơi đặt mẫu vật liệu xúc tác và cũng là nơi xảy ra phản ứng. Có 2 loại buông phản ứng một loại bằng thủy tinh chịu nhiệt độ cao, một loại bằng thép ( hình 3.7), Buồng phản ứng bằng thép có ưu điểm dễ chế tạo, vật tư dễ kiếm, tuy nhiên có nhược điểm lớn là độ bong bề mặt không cao, trong môi trường nhiệt độ và độ ẩm cao, buồng thép dễ bị ôxy hóa, ảnh hưởng đến độ chính xác của thí nghiệm. Một nhược điểm quan trọng khac, khi đặt mẫu ở trong, rất khó để quan sát tình trạng cuae mẫu, rất khó cho quá trình giám sát. Với ống thủy tinh chịu nhiệt, có nhược điểm khó tìm, giá thành cao, lắp đặt ống thủy tinh với đường ống dẫn khí khó khăn. Tuy nhiên, ống thủy tinh có ưu điểm lớn là rất thuận tiện cho quá trình theo dõi và quản lý mẫu, bề mặt của buồng phản ứng không bị ôxy hóa. Từ những phân tích ở trên, buồng phản ứng bằng thủy tinh được dung để cho nghiên cứu đánh giá hiệu quả xúc tác.
Dựa vào chiều dài của lò nung và khối lượng của chất xúc tác ta chọn buồng phản ứng có kích thước như sau:
+ Chiều dài: L= 620 mm
+ Đường kính ngoài: D= 20mm + Đường kính trong: d= 15mm.
3.1.3. Bộ ngưng tụ
Bộ ngưng tụ hơi nước dựa trên nguyên lý trao đổi nhiệt, khí nóng có nhiệt độ cao chạy dọc ống đồng có dạng ruột gà, tại đây dòng khí nóng tiếp xúc với thành ống lạnh gậy ra hiện tượng ngưng tụ hơi nước, nước ngưng tụ sẽ được chảy xuống buồng ngưng, khi sau khi đi qua bộ ngưng tụ sẽ theo đường ống màu trắng đưa đến bộ phân tích hình3.8.
Hình 3.8. Bộ ngưng tụ
3.1.4. Giới thiệu các trang thiêt bị khác
nghiệp
3.1.4.1. Bộ phân tích khí GC thermo
Cơ sở của phương pháp dựa trên sự khác nhau của ái lực hấp phụ và nhả hấp phụ của các cấu tử đối với các chất hấp phụ nhất định. Đặc trưng cho khả năng hấp phụ của các chất trong phương pháp sắc ký khí là thời gian lưu. Chất nào bị hấp phụ mạnh thì có thời gian lưu dài, chất nào bị hấp phụ yếu thì có thời gian lưu ngắn. Người ta đưa chất chuẩn vào trong mẫu phân tích và ghi lại các pic chuẩn để so sánh với các sản phẩm tương ứng nhận được. Để tiến hành phân tích định tính, ta cần so sánh các kết quả thu được với thời gian lưu của mẫu chuẩn được thực hiện trong cùng một điều kiện. Việc tiến hành phân tích định lượng dựa vào việc đo các tham số của các pic sắc ký như chiều cao pic, độ rộng pic, diện tích pic. Các đại lượng này về nguyên tắc tỷ lệ với nồng độ các chất có trong hỗn hợp.
Sản phẩm phản ứng được phân tích bằng máy sắc ký khí Trace – GC, Thermo (hình 3.9).
Hai bộ phận quan trọng nhất của thiết bị GC - Trace là hệ thống cột tách và detector. Nhờ có dòng khí mang là argon (áp suất dòng khí mang duy trì ở 6atm), mẫu được đưa vào cột tách nằm trong lò cột. Quá trình sắc ký xảy ra tại đây, sau khi các cấu tử rời cột tách tại các thời điểm khác nhau, các cấu tử lần lượt đi vào detector, tại đó chúng được chuyển thành tín hiệu điện. Tín hiệu này được khuyếch đại rồi và được sang máy tích phân kế hoặc máy tính qua phần mềm ChromCard. Các số liệu được xử lý kết quả tại đó rồi in kết quả.
nghiệp
Hình 3.10. Thành phần khí H2, N2, CH4, CO và CO2 máy Trace-GC, Thermo phân tích được khi nhiệt phân nhiên liệu xăng với hơi nước
Trace - GC sử dụng detector TCD. Loại detector này hoạt động dựa trên nguyên tắc đo liên tục độ dẫn nhiệt của khí mang giữa buồng đo và buồng so sánh mà trong đó có lắp các dây điện trở theo kiểu cầu Wheastone.
Hệ thống cột tách trong Trace - GC thermo gồm hai cột TCD và TFID: Molecular Sieve dài 5m cho quá trình tách O2, N2, H2, CH4 và CO, CO2. Hình 18 chỉ ra cường độ đỉnh H2, CH4, CO, CO2 được xác định khi nhiệt phân nhiên liệu iso ốctan với hơi nước (hình 3.10).
3.1.4.2. Hệ thống cung cấp và điều khiển nhiên liệu xăng và nước
Xăng và nước sẽ được bơm xăng và bơm nước đưa đến bộ điều khiển lưu lượng xăng và nước, bộ điều khiển lưu lượng bao gồm van hồi và van tiết lưu, lưu lượng của xăng và nước sẽ được điều khiển thong qua van hồi và van tiết lưu. Xăng và nước sau khi bộ điều khiển lưu lượng sẽ được đưa đến bộ hóa hơi. Tại đây, dưới nhiệt độ của bộ hóa hơi là 200oC, xăng và nước sẽ bốc hơi hòa trộn với nhau, khí mang (N2) sẽ đưa hỗn hợp khí đi đến buồng phản ứng (hình 3.11).
nghiệp
a. Bơm nhiên liệu xăng
Bơm nhiên liệu được sử dụng là bơm xăng được đặt trong thùng. So với loại bơm đặt trên đường ống thì loại đặt trong bình nhiên liệu có độ ồn thấp, độ rung động nhiên liệu nhỏ và bơm được làm mát bằng chính nhiên liệu.
Hình 3.12. Cấu tạo bơm xăng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
n ư ớc Van hồi Van hồi Van tiết lưu
Bơm xăng Bơm
nước
Hình 3.11. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu và hơi nước
AC 220V
Van điều chỉnh lưu lượng
Van tiết lưu
K hí N 2 x ăn g B ộ hóa hơi Điều khiển nhiệt độ bộ hóa hơi
Van kim Van kim
nghiệp
Loại bơm được sử dụng là loại bơm Tuabin, bao gồm 1 cánh bơm được dẫn động bằng mô tơ, kết hợp với vỏ bơm và nắp bơm tạo thành một bộ bơm. Khi mô tơ quay các cánh bơm sẽ quay cùng mô tơ, các cánh gạt bố trí dọc chu vi bên ngoài của cánh bơm để đưa nhiên liệu từ cửa vào đến cửa ra. Nhiên liệu bơm từ cửa ra đi qua mô tơ và ra ngoài qua van 1 chiều (hình 3.12).
b. Bơm nước
Hình 3.13. Nguyên lý hoạt động của bơm
Bơm hoạt động trên nguyên lý sự chuyển động qua lại của màng bơm. Khi màng bơm căng lên thể tích trong buồng bơm tăng lên , dưới tác dụng của chân không sẽ hút van bên phải mở ra hút nước từ bình chứa vào buồng bơm van bên trái vẫn đóng, đến khi nước vào đầy buồng bơm . Lúc này màng chuyển động đi xuống, dưới áp lực của dòng nước cũng như lực ép của màng bơm làm van bên trái mở ra và van bên phải đóng lại nước từ buông bơm qua van bên trái ra đường ống cấp nước qua bộ điều khiển lưu lượng, kết thúc 1 chu trình cấp nước của bơm (hình 3.13).
c. Bộ điều chỉnh lưu lượng xăng và nước
Hình 3.14. Sơ đồ nguyên lý của bộ điều khiển lưu lượng nhiên liệu ( xăng và
nước)
1- Bình chứa xăng ; 2- Đường xăng hồi về thùng ; 3- Van điều khiển lưu lượng xăng hồi ; 4- Van điều khiển lưu lượng tiết lưu vào bộ hóa hơi ; 5-
Đường xăng vào bộ hóa hơi ; 6- Bơm xăng ; 7- Đường cấp nhiên liệu từ xăng vào bơm.
nghiệp
Về mặt nguyên lý, bộ điều khiển lưu lượng xăng và nước hoạt động giống nhau, Nhiên liệu (xăng) được bơm hút từ bình chứa (1) qua đường cấp (7) qua bơm đến van (4), van (4) có nhiệm vụ điều khiển lưu lượng cấp vào bộ hóa hơi với tỉ lệ thích hợp (hình 10). Nhiên liệu được hồi về thùng chứa thông qua đường hồi (2) để điều chỉnh lưu lượng hồi ta điểu chinh van (3). Van (3) mở càng lớn thì lượng hồi về nhiều làm áp suất của bơm cũng giảm xuống, lưu lượng cấp vào bộ hóa hơi cũng giảm. Ngược lại, van (3) mở càng nhỏ thì áp suất bơm càng lớn lưu lượng vào bộ hóa hơi càng tăng.
d. Van kim phun nhiên liệu
Hình 3.14. Cấu tạo van kim phun nhiên liệu
1-Kim phun nhiên liệu; 2- lớp đêm cao su; 3- Đai ốc
Van kim phun nhiên liệu giúp phun nhiên liệu vào bộ hóa hơi được tơi và đồng đều, cấu tạo gồm có kim phun và đế đỡ kim phun, gioăng bao kín (hình 3.14). Do kim phun sử dụng để phun nhiên liệu xăng hoặc nước, vì vậy gioăng bao kín phải là loại chịu được xăng hoặc nước. Lượng nhiên liệu phun vào khoảng 0,05-0,3 g/phút. Vì vậy phải lựa chọn kim phun có đường kín phù hợp, đường kính lỗ kim phun bằng 0.5mm.
3.2. Phương pháp thử nghiệm và tính toán hỗn hợp khí giàu hydro được tạo thành
3.2.1. Phương pháp đo diện tích bề mặt BET
3.2.1.1. Khái niệm – Lý thuyết BET [9]
- Khái niệm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
a
nghiệp
BET (Brunauer – Emmett - Teller) lý thuyết nhằm giải thích hấp phụ vật lý của phân tử khí trên một bề mặt vững chắc và là cơ sở cho kỹ thuật phân tích quan trọng để đo diện tích bề mặt riêng của vật liệu.
Lý thuyết BET cho rằng sự hấp phụ khí, hơi trên bề mặt chất rắn là hấp phụ vật lí, ở giai đoạn áp suất thấp thì tuân theo quy luật như của phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của Langmuir, nếu tăng áp suất thì sẽ diễn ra quá trình hấp phụ đa lớp khi áp suất tiến tới bằng áp suất hơi bão hòa trên bề mặt rắn thì có thể xảy ra hiện tượng ngưng tụ trong các mao quản hấp phụ. Như vậy theo BET các phân tử chất hấp phụ không chuyển động tự do trên bề mặt và không tương tác với nhau, ở những điểm khác nhau có thể hình thành nhiều lớp hấp phụ nhưng tổng bề mặt là không đổi. Để thiết lập phương trình đẳng nhiệt BET người ta thừa nhận giả thuyết của Langmuir và bổ sung thêm một số điều:[10]
• Enthanpy của các phân tử không thuộc lớp thứ nhất đều bằng nhau và bằng enthanpy hóa lỏng.
• Số lớp hấp phụ trở nên vô cùng lớn ở áp suất bão hòa.
3.2.1.2. Các phương trình nghiên cứu BET [11]
1) Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ: Quy trình thực nghiệm:
Để xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ, ta tiến hành thí nghiệm với 7- 10 nồng độ ban đầu (C0) chất bị hấp phụ khác nhau, cùng 1 nồng độ chất hấp thụ. Các điều kiện khác (pH, nhiệt độ, lực ion, thể tích, tốc độ khuấy như nhau trong mỗi thí nghiệm. Quá trình hấp phụ với mỗi nồng độ ban đầu được tiến hành quá thời gian cân bằng hấp phụ (khoảng 5 – 10 % để đảm bảo hấp phụ đạt cân bằng). Sau khi đạt cân bằng, các mẫu được lọc để xác định nồng độ còn lại (chưa hấp phụ) sau khi cân bằng.
Đường đẳng nhiệt hấp phụ:
Gọi: V là thể tích dung dịch phản ứng. m là khối lượng chất hấp phụ.
nghiệp
C0 là nồng độ chất hấp phụ ban đầu.
Ccb là nồng độ tại thời điểm cân bằng. Dung lượng hấp phụ được tính như sau:
Như vậy, với mỗi nồng độ ban đầu C0 ta sẽ có một dung lượng hấp phụ ứng với nồng độ cân bằng tương ứng, biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào nồng độ cân bằng ta thu được đ hgồ thị có dạng như sau:
Xử lý số liệu thực nghiệm:
Số liệu thưc nghiệm có thể được xử lý theo một số mô hình hấp phụ đẳng nhiệt. Hai mô hình phổ biến được sử dụng là: mô hình Langmuir và mô hình Frienlich.
2) Mô hình Langmuir:
Trong đó : Γ: dung lượng hấp phụ ứng với nồng độ C. Γm: dung lượng hấp phụ cực đại đơn lớp.
C: nồng độ chất bị hấp phụ lúc cân bằng. Km: hằng số cân bằng hấp phụ.
Để xác định Γm, Km trong phương trình Langmuir ta tuyến tính hoá phương trình trên thành:
Từ các số liệu nồng độ chất bị hấp phụ ở thời điểm ban đầu và thời điểm