TRUYEN KHOI

TRUNG TÂM MÁY, THIẾT BỊ THỰC HÀNH TRUYỀN KHỐI

MỤC LỤC

BÀI 1 ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SẤY

..........................................................................................................2

BÀI 2 TĨNH HỌC QUÁ TRÌNH SẤY

........................................................................................................18

BÀI 3 KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ CỘT CHÊM (THÁP ĐỆM)

........................................................................................................27

BÀI 5 CHƯNG GIÁN ĐOẠN KHÔNG HOÀN LƯU

........................................................................................................38

BÀI 8 CHƯNG LIÊN TỤC

........................................................................................................50

PHAN THÀNH CÔNG MSSV:07700521 1


Bài 1 ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SẤYI. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Khảo sát quá trình sấy đối lưu vật liệu là giấy lọc trong thiết bị sấy bằng không khí được

nung nóng nhằm:

- Xác định đường cong sấy .

- Xác định đường cong tốc độ sấy .

- Giá trị độ ẩm tới hạn Wk, tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K.

II. LÝ THUYẾT

TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM (Thiết bị DIDACTA)

- Bật công tắc tổng.

- Đem cân vật liệu để xác định G0.

- Làm ẩm đều các tờ vật liệu.

- Kiểm tra thiết bị sấy: Đổ nước vào chỗ đo nhiệt độ bầu ướt.

- Ghi giá trị bầu ướt và bầu khô tại thời điểm ban đầu.

- Điều chỉnh tốc độ quạt ở nút điều chỉnh tốc độ, bật công tắc quạt (chờ một phút

cho phòng sấy khô).

- Cài đặt mức nhiệt lượng của điện trở, bật công tắc điện trở để gia nhiệt.

- Cài thiết bị sấy hoạt động ổn định (nhiệt độ bầu khô không đổi)khoảng 10 phút,

mở cửa phòng sấy, đặt nhẹ nhàng các tờ giấy lọc lên giá đỡ, đóng cửa phòng sấy.

- Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ướt và không khí

trong phòng sấy tại thời điểm ban đầu.

- Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ướt trong phòng sấy

sau khoảng 3 phút. Khi khối lượng vật liệu không thay đổi sau 3 lần đo thì ngừng

thí nghiệm.

- Tiến hành thí nghiệm ở mức điện trở 3, 5, 7.

- Ngừng thiết bị: chuyển các nút điều chỉnh về trạng thái “0”, đóng công tắc gia

nhiệt điện trở, đóng công tắc quạt.



TÍNH TOÁN:

1. Các thông số ban đầu:

- Diện tích bề mặt bay hơi: F (m2)

- Nửa chiều dày một tấm giấy lọc: R (m)

- Khối lượng giấy lọc khô tuyệt đối: G0 (g)

- Bề mặt riêng khối lượng của vật liệu: f=F/G (m3/kg)

- Độ ẩm của giấy lọc:

- Gi : khối lượng vật liệu theo thời gian (g)

2. Đường cong tốc độ sấy:

- Vẽ đường cong tốc độ sấy W=f(t)

- Dựng đường cong tốc độ sấy bằng cách lấy vi phân đường cong sấy. Từ điểm I

trên đường cong sấy vẽ tiếp tuyến với đường cong tại I, giá trị hệ số góc của tiếp

tuyến là giá trị tốc độ sấy.

3. Xác định độ ẩm tới hạn và độ ẩm cân bằng:

- Độ ẩm tới hạn quy ước Wk:

Thực nghiệm: Xác định trên đường cong tốc độ sấy khi giai đoạn đẳng tốc kết thúc.

Lý thuyết:

- Độ ẩm cân bằng Wc : tìm được tại điểm N=0 trên đường cong tốc độ sấy.

4. Xác định áp suất hơi bão hòa Pb và áp suất hơi riêng phần Ph:

Từ nhiệt độ bầu ướt tư và bầu khô tk xác định ph, pb theo giản đồ không khí ẩm

Rankin.

5. Các thông số lý thuyết:

- Xác định cường độ bay hơi ẩm Jm

- Xác định tốc độ sấy

- Xác định hệ số K trong giai đoạn giảm tốc

- Xác định thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc và giảm tốc.



III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ:

Mức 3 (R=400C): G0=0.0474Kg.

Gi (Kg) tk (0C) tư (0C)

0 0.1538 30.5 28.0

3 0.1490 31.0 28.0

6 0.1460 30.5 27.8

9 0.1434 30.5 27.8

12 0.1408 30.2 27.5

15 0.1376 30.5 27.6

18 0.1350 30.9 27.8

21 0.1316 30.9 27.8

24 0.1290 30.2 28.1

27 0.1258 31.7 28.3

30 0.1230 31.0 28.2

33 0.1198 31.0 28.1

36 0.1168 31.1 28.0

39 0.1134 31.2 28.0

42 0.1100 30.5 27.9

45 0.1060 31.2 28.2

48 0.1026 31.8 28.2

51 0.0984 31.8 28.4

54 0.0950 31.8 28.1

57 0.0914 32.0 28.3

60 0.0876 31.9 28.1

63 0.0844 32.0 28.2

66 0.0806 32.1 28.3

69 0.0770 32.1 28.4

72 0.0730 32.1 28.2



75 0.0700 32.1 28.1

78 0.0672 32.4 28.3

81 0.0640 32.1 28.1

84 0.0606 32.3 28.4

87 0.0583 32.5 28.6

90 0.0561 32.2 28.3

93 0.0542 32.3 28.5

96 0.0540 32.2 28.5

99 0.0540 32.2 28.5

102 0.0540 32.2 28.5

Mức 5 (R=500C): G0=0.052Kg.


0 0.1546 34.0 28.0

3 0.1476 34.5 26.0

6 0.1410 34.5 26.0

9 0.1336 35.0 26.0

12 0.1284 35.0 26.0

15 0.1206 35.0 25.9

18 0.1148 35.0 26.0

21 0.1088 35.0 26.0

24 0.1026 35.0 26.3

27 0.0982 35.0 26.5

30 0.0940 35.0 26.2

33 0.0890 35.0 26.1

36 0.0836 35.0 26.0

39 0.0798 35.0 26.0

42 0.0750 35.0 26.0

45 0.0730 35.0 26.1



48 0.0700 35.0 26.0

51 0.0672 35.0 26.0

54 0.0650 35.0 26.0

57 0.0630 35.0 27.0

60 0.0622 35.0 27.0

63 0.0614 35.0 27.0

66 0.0610 35.0 27.0

69 0.0610 35.0 27.0

72 0.0610 35.0 27.0

Mức 7 (R=600C): G0=0.06Kg.


0 0.1356 35.8 27.0

3 0.1310 35.8 27.0

6 0.1242 36.0 27.1

9 0.1188 36.0 27.2

12 0.1114 36.0 27.0

15 0.1054 36.0 27.0

18 0.0989 36.0 27.0

21 0.0915 35.5 27.0

24 0.0825 35.2 27.0

27 0.0752 35.2 27.0

30 0.0680 35.5 27.0

33 0.0640 35.5 27.1

36 0.0640 35.5 27.1

39 0.0640 35.5 27.1



Xử lý kết quả:

Các công thức sử dụng:

Các thông số ban đầu:

Diện tích bề mặt bay hơi:

Với m : Số tấm giấy.

n : Số tờ giấy tạo nên một tấm giấy.

a : Chiều rộng tờ giấy (m).

b : Chiều dài tờ giấy (m).

Khối lượng giấy lọc khô tuyệt đối: G0(1) =0.0474(Kg)

G0(2) =0.052(Kg)

G0(3) =0.052(Kg)

Bề mặt riêng khối lượng của vật liệu: f=F/G (m3/kg)

Độ ẩm của giấy lọc:

Gi : khối lượng vật liệu theo thời gian (g)

Vận tốc của dòng không khí sấy

Tốc độ sấy:



IV. BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN:

Bảng 1: Kết quả tính toán ở mức 3

STT Wi (%) Ni (%/phút)

1 0 224.4726 3.3755

2 3 214.3460 2.1097

3 6 208.0169 1.8284

4 9 202.5316 1.8284

5 12 197.0464 2.2504

6 15 190.2954 1.8284

7 18 184.8101 2.3910

8 21 177.6371 1.8284

9 24 172.1519 2.2504

10 27 165.4008 1.9691

11 30 159.4937 2.2504

12 33 152.7426 2.1097

13 36 146.4135 2.3910

14 39 139.2405 2.3910

15 42 132.0675 2.8129

16 45 123.6287 2.3910

17 48 116.4557 2.9536

18 51 107.5949 2.3910

19 54 100.4219 2.5316

20 57 92.8270 2.6723

21 60 84.8101 2.2504

22 63 78.0591 2.6723

23 66 70.0422 2.5316

24 69 62.4473 2.8129

25 72 54.0084 2.1097



26 75 47.6793 1.9691

27 78 41.7722 2.2504

28 81 35.0211 2.3910

29 84 27.8481 1.6174

30 87 22.9958 1.5471

31 90 18.3544 1.3361

32 93 14.3460 0.1406

33 96 13.9241 0.0000

34 99 13.9241 0.0000

35 102 13.9241



1 0 197.3077 4.4872

2 3 183.8462 4.2308

3 6 171.1538 4.7436

4 9 156.9231 3.3333

5 12 146.9231 5.0000

6 15 131.9231 3.7179

7 18 120.7692 3.8462

8 21 109.2308 3.9744

9 24 97.3077 2.8205

10 27 88.8462 2.6923

11 30 80.7692 3.2051

12 33 71.1538 3.4615

13 36 60.7692 2.4359

14 39 53.4615 3.0769

15 42 44.2308 1.2821

16 45 40.3846 1.9231



17 48 34.6154 1.7949

18 51 29.2308 1.4103

19 54 25.0000 1.2821

20 57 21.1538 0.5128

21 60 19.6154 0.5128

22 63 18.0769 0.2564

23 66 17.3077 0.0000

24 69 17.3077 0.0000

25 72 17.3077



1 0 126.0000 2.5556

2 3 118.3333 3.7778

3 6 107.0000 3.0000

4 9 98.0000 4.1111

5 12 85.6667 3.3333

6 15 75.6667 3.6111

7 18 64.8333 4.1111

8 21 52.5000 5.0000

9 24 37.5000 4.0556

10 27 25.3333 3.7778

11 30 13.3333 2.2222

12 33 6.6667 0.0000

13 36 6.6667 0.0000

14 39 6.6667



Bảng 4: Kết quả tính toán các thông số động học.,

Tương tự ta cũng có được:

,

,

Theo tính toán ta có: WK1=18.3544% , NTN(1)= 1.3361 (%/phút)

WK2=25.000% , NTN(2)= 1.2821 (%/phút)

WK3=25.3333% , NTN(3)= 4 (%/phút)

Từ WK(TN), NTN ta có thể tính toán WK(LT), NLT theo công thức:

với WC : Là giá trị tại N = 0

Áp suất tuyệt đối của hơi nước bão hòa:

Nhiệt độ (0C) Áp suất (mmHg)

25 23.771

30 31.866

35 42.169

40 55.342

Qua bảng trên, theo công thức nội suy ta có thể xác định Pb ở 31.50C và ở 28.10C

Nhiệt độ (0C) Áp suất (mmHg)

28.1 28.790

31.5 34.957

34.9 41.963

26.4 26.038

35.7 44.013

27 27.009

Hệ số trao đổi ẩm:



Cường độ bay hơi ẩm:

. Thay giá trị Pb và Ph vào công thức ta được:

Hệ số sấy K:

Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc:

Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc:

Thời gian sấy tổng cộng:



TÍNH TOÁN TA ĐƯỢC BẢNG SỐ LIỆU ĐỘNG HỌC SAU:

Thông số Mức 3 Mức 5 Mức 7

WK (%) 18.3544 25.000 25.3333

WC (%) 13.9241 17.3077 6.6667

(0C) 28.1 26.4 27

(0C) 31.5 34.9 35.7

Pb (mmHg) 34.957 41.963 44.013

Ph (mmHg) 28.790 26.038 27.009

(Kg/m2.ph.mmHg)6.4266 6.4266 6.4266

Jm (Kg/m2.ph) 39.6328 102.3436 109.2779

NLT (%/ph) 30101.144 70852.478 65566.744

NTN (%/ph) 1.3361 1.2821 4

K (1/ph) 0.3016 0.1603 0.2143

0.01974 0.03899 0.14815

2.3515 2.3026 1.0296

2.37121 2.34158 1.17777



ĐỒ THỊ:

Mức 3:


0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120

BIẾN THIÊN CỦA ĐỘ ẨM THEO THỜI GIAN.W (%)

t (ph)

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0 50 100 150 200 250W (%)

N (%/ph)ĐƯỜNG CONG TỐC ĐỘ SẤY THỰC NGHIỆM.


Mức 5:


0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40 50 60 70 80


t (ph)

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200 250

ĐƯỜNG CONG TỐC ĐỘ SẤY THỰC NGHIỆM.N (%/ph)

W (%)


Mức 7:


0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45


t (ph)

0

1

2

3

4

5

6

0 20 40 60 80 100 120 140

ĐƯỜNG CONG TỐC ĐỘ SẤY THỰC NGHIỆM.

N (%/ph)

W (%)


V. BÀN LUẬN:

1. Nhận xét đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy:

Đường cong sấy:

- Ở giai đoạn đẳng tốc: Đường cong sấy giảm đều như một đường thẳng xiên do hàm

ẩm của vật liệu giảm dần theo thời gian.

- Ở giai đoạn giảm tốc: Đường cong sấy chuyển từ đường thẳng xiên sang nằm ngang,

sự giảm không đều.

Đường cong tốc độ sấy:

- Ở giai đoạn đẳng tốc: Đường cong tốc độ sấy tuy có độ chênh lệch nhưng gần giống như

một đường thẳng song song với trục hoành (trục X).

- Ở giai đoạn giảm tốc: Đường cong sấy giảm nhanh và đạt được giá trị N = 0

2. Ở các chế độ khác nhau thì thời gian sấy thay đổi như thế nào? Ở chế độ nào có lợi

hơn?

Trên thực tế thì nhiệt độ càng cao thì thời gian sấy càng giảm.

3. Nguyên nhân dẫn đến sai số trong thí nghiệm và tính toán.

- Khoảng thời gian giữa 2 lần cân không đều nhau.

- Cân và đọc số liệu không hoàn toàn chính xác do khối lượng vật liệu luôn thay đổi theo

thời gian.

- Mô hình thí nghiệm trong phòng thí nghiệm chỉ là mô hình mô phỏng, đôi khi còn có

hỏng hóc, ngừng quá trình sấy ngay trong thời gian sấy nên không đảm bảo được thời

gian sấy và độ chính xác.



BÀI 2 TĨNH LỰC HỌC QUÁ TRÌNH SẤY

I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:

- Khảo sát sự biến đổi thông số không khí ẩm và vật liệu sấy của quá trình sấy lý

thuyết.

- Xác định lượng không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá

trình sấy lý thuyết.

- So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và quá trình sấy lý

thuyết.

II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM:

1. Sơ đồ nguyên lý làm việc máy sấy bằng không khí:

Trong quá trình sấy nếu dùng tác nhân sấy là không khí thì gọi là sấy bằng không

khí. Khi sấy không khí nóng tiếp xúc với bề mặt vật liệu ẩm làm bốc hơi nước trong

vật liệu ẩm tạo thành hỗn hợp không khí ẩm thoát ra ngoài.

Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy sấy bằng không khí được mô tả trên hình sau:

Vật liệu ban đầu vẫn còn ẩm cho qua cửa và nhờ bộ phận vận chuyển đưa qua phòng

sấy. Không khí bên ngoài được quạt hút đưa vào caloriphe sưởi rồi vào phòng sấy. Tại

caloriphe sưởi không khí được đun nóng đến nhiệt độ cần thiết, khi vào phòng sấy không

khí tiếp xúc với vật liệu, cấp nhiệt cho nước trong vật liệu bốc hơi ra ngoài.


Hơi nước

Không khí nóng ra

Gđ , xđ

Gc , xc

Sơ đồ sấy bằng không khí


Hỗn hợp không khí sau khi sấy xong theo chiều hút của quạt thoát ra ngoài. Đôi

khi cần bổ sung nhiệt độ không khí sấy, nguwowid ta dung caloriphe bổ sung để cấp

nhiệt cho không khí ngay thại phòng sấy.

2. Sấy lý thuyết:

Để đơn giản cho việc nghiên cứu quá trình sấy trước tiên ta nghiên cứu qua về sấy

lý thuyết. Trong sấy lý thuyết coi các đại lượng bổ sung và nhiệt tổn thất đều bằng

không nghĩa là hay

Trong thực tế nếu thường gặp trường hợp nhiệt bổ sung bằng nhiệt tổn thất

, do đó cũng coi là sấy lý thuyết.

Khi đó phương trình ta sẽ có:

Ta có phương trình :

So sánh hai phương trình (1) và (2) ta có:

Từ đó ta có : :

Vì H >0 do đó

Vậy khi sấy lý thuyết nhiệt lượng riêng của không khí không thay đổi trong suốt

quá trình H= const (đẳng H), nói cách khác, trong quá trình sấy lý thuyết, một phần nhiệt

của không khí có bị mất mát đi cũng chỉ để làm bốc hơi nước trong vật liệu, do đó H

không đổi.

3. Sấy thực tế:

Trong sấy thực tế, lượng nhiệt bổ sung chung khác với nhiệt lượng tổn thất chung do

đó ta có:

Theo phương trình:

Theo phương trình:



Cân bằng hai phương trình này:

Từ đó ta rút ra:

Hoặc

Khi phân tích ý nghĩa của đại lượng , ta sẽ thấy trong thực tế có thể xảy ra ba

trường hợp:

Nhiệt lượng bổ sung lớn hơn nhiệt lượng tổn thất chung, tức là:

Do đó :

Hay là

Theo biểu thức (3) ta có:

Hoặc

Nhiệt lương bổ sung chung không đủ để bù nhiệt lượng tổn thất chung, tức là:

Do đó:

Hay là

Theo biểu thức (3) ta có:

Vì I >0 do đó:

Nhiệt lượng bổ sung chung đủ bằng nhiệt lượng tổn thất chung, đây là trường hợp

của sấy lý thuyết đã nêu ở phần trên, trong trường hợp này thì

Tính lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm theo công thức:

(kg/kg ẩm)

Nhiệt lượng tiêu tốn riêng cho toàn bộ máy sấy là:

,(J/kg ẩm)



Nhiệt lượng tiêu tốn riêng ở caloriphe sưởi:

, (J/kg ẩm)

Lượng nhiệt tiêu hao riêng ở caloriphe bổ sung trong phòng sấy tính theo công

thức:

, J/kg ẩm



III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ:

BẢNG SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

G0 = 0.0886 (Kg)

STTĐiện

trởQuạt

Điểm 0 Điểm 1 Điểm 2Gđ

(Kg)

Gc

(Kg) m/stk

0C

Tư

0C

tk

0C

Tư

0C

tk

0C

Tư

0C

1 5 6

27 26

30 28.5 29.5 27 0.2204 0.2034 4

2 7 6 33 31.5 32.5 28 0.2776 0.2604 4.1

3 9 6 38 35.5 37 30 0.2654 0.2432 3.7

4 7 4 34 32 33 29 0.2502 0.2366 2.5

5 7 8 34 32.2 33.5 27.5 0.2945 0.275 4.5

Các công thức tính toán và số liệu tra cứu:

Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu khô tuyệt đối

Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt:

Lượng bay hơi ra khỏi vật liệu:

, : độ ẩm vật liệu trước và sau khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt.

W: lượng ẩm được tách ra khỏi vật liệu trước khi ra máy sấy, kg/s.

Lượng không khí khô cần sử dụng cho quá trình sấy lý thuyết:



Lượng không khí khô cần sử dụng cho quá trình sấy thực tế:

(Kg/s)

Với F: Tiết diện mặt bên của phòng sấy mà quạt đưa không khí vào (m2).

: Khối lượng riêng của không khí khô ở 300C

: Vận tốc dòng khí (m/s)

Vì phòng sấy có dạng hình hộp chữ nhật nên ta có:

F = a.b

a: Chiều rộng mặt bên của phòng sấy.

b: Chiều cao mặt bên của phòng sấy. (a = b =0.5m)

Từ tk, tu của các điểm trong bảng kết quả thí nghiệm, tra giản đồ Ramzin H -

trang 214, sách giáo trình và thiết bị truyền khối ta được , và H.

Nhiệt lượng trong máy sấy:

Sấy lý thuyết:

Sấy thực tế:

BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN:

Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối: G0 = 0,0886g

Kết quả tra số liệu

STTĐiểm 0 Điểm 1 Điểm 2

(kg/kg)

H

(kJ/kg) (kg/kg)

H

(kJ/kg) (kg/kg)

H

(kJ/kg)

1

0.02 79

0.0255 95 0.021 84

2 0.028 105.5 0.0228 90

3 0.0345 127.5 0.0242 99

4 0.0282 106.5 0.0245 96

5 0.0291 109 0.0208 86.5



Tính cân bằng vật chất và năng lượng.

STT(Kg/Kg) (Kg/Kg) (Kg/Kg) (Kg/Kg)

W

(Kg)

Lý thuyết Thực tế

Llt

(Kg)

Qlt

(kJ)

Lth

(Kg)

Qth

(kJ)

1 0.598 1.488 0.564 1.296 0.0170 3.778 60.444 1.180 5.900

2 0.681 2.133 0.660 1.939 0.0172 3.308 87.654 1.210 13.305

3 0.666 1.995 0.636 1.745 0.0222 2.155 104.534 1.092 21.830

4 0.646 1.824 0.626 1.670 0.0136 3.676 101.081 0.826 14.042

5 0.699 2.324 0.678 2.104 0.0195 2.349 70.482 1.328 9.956

ĐỒ THỊ SO SÁNH LƯỢNG KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG CỦA QT SẤY LÝ THUYẾT

VÀ THỰC TẾ.


0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

LƯỢNG KHÔNG KHÍ CHO SẤY LÝ THUYẾT VÀ THỰC TẾ

W (Kg)

Lý thuyết

L (Kg)

Thực tế


ĐỒ THỊ SO SÁNH NHIỆT CUNG CẤP CỦA QT SẤY LÝ THUYẾT VÀ THỰC TẾ.


0

20

40

60

80

100

120

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

NHIỆT CUNG CẤP CỦA SẤY LÝ THUYẾT VÀ THỰC TẾ.

Q (kJ/Kg)

L (Kg)

Lý thuyết

Thực tế


IV. BÀN LUẬN:

So sánh biến đổi lượng không khí khô sử dụng của quá trình sấy lý thuyết

và sấy thực tế:

Qua tính toán và qua đồ thị đã vẽ ta thấy lượng không khí khô sử dụng cho quá

trình sấy thực tế nhỏ hơn so với lượng không khí khô sử dụng cho sấy lý thuyết, qua

đó ta nhận thấy quá trình sấy đạt được hiệu quả.

Đánh giá sự khác nhau giữa nhiệt lượng cần gia nhiệt của quá trình sấy lý

thuyết và sấy thực tế.

Qua tính toán và qua đỗ thị đã vẽ phía trên, ta nhận thấy lượng nhiệt sử dụng cho

quá trình sấy lý thuyết đã tính toán lớn hơn so với lượng nhiệt thực tế của quá trình

sấy. Vì vậy ta có thể nói quá trình sấy đạt được hiệu quả như mong muốn.

Đánh giá sự khác nhau về hàm nhiệt của không khí sau khi ra khỏi thiết bị

của quá trình sấy lý thuyết và thực tế.

Theo quá trình sấy lý thuyết thì hàm nhiệtcủa không khí không thay đổi trong suốt

quá trình H=const, nhưng trong thực tế ta lại nhận được không khí với hàm nhiệt H2 <

H1

Nêu các nguyên nhân tạo nên sự khác biệt của quá trình sấy lý thuyết và

sấy thực tế.

Do giản đồ quá nhỏ nên quá trình tra cứu hàm nhiệt và hàm ẩm

thông qua nhiệt độ khô và nhiệt độ ướt có sự chênh lệch và không được chính xác .

Các thao tác tiến hành thí nghiệm, vận hành máy và đọc số liệu thực nghiệm không

chính xác.

Một số tác động bởi các yếu tố ngoại cảnh…

Chính vì thế dẫn đến sự khác biệt trong quá trình sấy lý thuyết và sấy trong thực tế.



BÀI 3 THÁP ĐỆMI. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:

Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động của tháp đệm bằng cách

xác định:

- Ảnh hưởng của vận tốc khí và lỏng lên độ giảm áp suất của dòng khí qua cột.

- Sự biến đổi của hệ số ma sát trong cột theo chuẩn số Reynolds của dòng khí và

suy ra các hệ thức thực nghiệm.

- Sự biến đổi của thừa số liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí khi cột khô và khi cột

ướt với vận tốc dòng lỏng.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1. Cấu tạo

Tháp đệm là một tháp hình trụ gồm nhiều gia đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn.

Vật đệm đổ đầy trong tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ

tự.

Vật đệm sử dụng phổ biến :

Vòng Rasching

Vật đệm hình yên ngựa

Vật đệm vòng xoắn

2. Sự chuyển động của lưu chất qua tháp đệm

Khi chất lỏng chuyển động từ trên xuống và pha khí chuyển động từ dưới có thể

xảy ra 4 chế độ thủy lực:

Chế độ màng

Chế độ treo

Chế độ nhũ tương

Chế độ kéo theo

3. Độ giảm áp khi cột khô

∆PC Gn ( với n=1.8-2)

lg∆PC/Z =nlgG – lgZ



Đây là phương trình đường thẳng có hệ số góc n

4. Độ giảm áp khi cột khô

Trong giai đoạn đầu lượng chất lỏng bị giữ lại trong tháp là không đổi theo tốc độ

khí.Giai đoạn kế tiếp lượng chất lỏng bị giữ lại trong tháp tăng nhanh theo tốc độ khí,

các chỗ trống trong tháp nhỏ dần và độ giảm áp của pha khí tăng nhanh.

5. Thừa số ma sát FCK theo Rec khi cột khô

Thừa số ma sát fck là hàm số theo chuẩn số Re với Re :

Rec = G*De/ = 4G/a

Trong đó: : độ nhớt của dòng khí, kg/m.s

Zhavoronkow đã xác định được khí dòng khí chuyển từ chế độ chảy tầng sang

chảy rối ứng với trị số Rec = 50. Trong vùng chảy rối 50< Re < 7000 với cột chêm

ngẫu nhiên thì

fck = 3.8/Re0.2

Trong vùng chảy dòng Re < 50 thì hệ số ma sát được tính:

fck = 140/Re

6. Độ giảm áp ∆Pcư khi cột ướt

Sự liên hệ: ∆Pcư = ∆Pck

fcư = fck

7. Điểm lụt của cột chêm

Trong đó: fck = được tính từ hệ thức liên hệ với Re

= vận tốc dài của khí ngay trước khi vào cột chêm

= độ nhớt tương đối của chất lỏng so với nước



IV. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM:

Kết quả thí nghiệm:

Bảng 1: Kết quả thí nghiệm trên cột khô:

STT G (m3/h) ∆Pck (cmH2O)

1 4.0 3.84

2 3.5 2.91

3 3.0 2.13

4 2.5 1.59

5 2.0 0.85

6 1.5 0.42

Bảng 2: Kết quả thí nghiệm trên cột ướt:

Llỏng (l/h) 350 300 250 200 150

STT G( m3/h) ∆Pcư (mmH2O)

1 4.0 Lụt Lụt 39.2 39.6 40.8

2 3.5 Lụt 28.3 28.7 29.5 30.4

3 3.0 Lụt 21.0 21.2 22.4 22.8

4 2.5 14.5 15.2 15.4 15.8 16.3

5 2.0 8.5 8.7 8.9 9.2 9.3

6 1.5 3.6 4.1 4.2 4.2 4.3




Các công thức sử dụng:

Đổi đơn vị:

Với : độ xốp vật liệu đệm

Diện tích bề mặt cột chêm:

Công thức tính G (kg/m2.s)

Với Q: Lưu lượng dòng lưu chất (m3/h)

Công thức tính Re:

Với: a: diện tích bề mặt riêng của vật chêm, m3/m2; a = 360 m3/m2

Công thức tính fck: Do 50 < Re < 7000

fck =

Công thức tính fcư:

fcư = .fck



Với =

Bảng kết quả tính toán

Kết quả tính toán cột khô

G, kg/m2.s Log G∆Pck/Z,

Pa/ mlog(∆P/Z) Reck fck

0.5728 -0.24200 235.4400 2.3719 344.024 1.1816

0.5012 -0.29999 178.4194 2.2514 301.021 1.2136

0.4296 -0.36694 130.5956 2.1159 258.018 1.2516

0.3580 -0.44612 97.4869 1.9889 215.015 1.2980

0.2864 -0.54303 52.1156 1.7170 172.012 1.3573

0.2148 -0.66797 25.7513 1.4108 129.009 1.4377



Đồ thị log (∆Pck/Z) theo log G

Đồ thị fck theo Re:


Log (∆PCK/Z)

y = 2.2457x + 2.9364

R2 = 0.9934

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

-0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0

ĐỒ THỊ Log (∆PCK/Z) THEO Log G

Log G

y = -0.0012x + 1.5662

R2 = 0.971

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

0 50 100 150 200 250 300 350 400

ĐỒ THỊ fck THEO Re

fck

Re


Kết quả tính toán cột ướt:

Sự liên hệ giữa độ giảm áp khô ∆Pcư = .∆Pck với:

STT

1 1.0208 1.0313 1.0625

2 0.9725 0.9863 1.0137 1.0447

3 0.9859 0.9953 1.0516 1.0704

4 0.9119 0.9560 0.9686 0.9937 1.0252

5 1.0000 1.0235 1.0471 1.0824 1.0941

6 0.8571 0.9762 1.0000 1.0000 1.0238

Kết quả tính toán fcư cho cột ướt

Llỏng (l/p) 5.833 5.000 4.167 3.333 2.500

STT Recư fcư

1 344.024 1.20620 1.21851 1.25544

2 301.021 1.18021 1.19689 1.23025 1.26778

3 258.018 1.23394 1.24569 1.31620 1.33970

4 215.015 1.18375 1.24090 1.25723 1.28988 1.33070

5 172.012 1.35729 1.38922 1.42116 1.46906 1.48503

6 129.009 1.23229 1.40344 1.43767 1.43767 1.47190



Kết quả tính toán log (∆Pcư /Z) cho cột ướt

Llỏng (l/ph) 5.833 5.000 4.167 3.333 2.500

STT log G log (∆Pcư /Z)

1 -0.24200 240.3450 242.7975 250.1550

2 -0.29999 173.5144 175.9669 180.8719 186.3900

3 -0.36694 128.7563 129.9825 137.3400 139.7925

4 -0.44612 88.9031 93.1950 94.4213 96.8738 99.9394

5 -0.54303 52.1156 53.3419 54.5681 56.4075 57.0206

6 -0.66797 22.0725 25.1381 25.7513 25.7513 26.3644



Đồ thị log (∆Pcư /Z) theo log G


0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

-0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0

5.833 5 4.167 3.333 2.5

ĐỒ THỊ Log (∆Pcư /Z) THEO Log G

Log (∆Pcư /Z)

Log G


BÀN LUẬN

- Dựa vào đồ thị và số liệu thực nghiệm ta thấy:

o Đối với cột khô: khi G tăng thì độ giảm áp tăng theo đường thẳng.

o Đối với cột ướt: khi G tăng thì độ giảm áp cũng tăng theo nhưng chia thành từng vùng

rõ rệt như giản đồ trong lý thuyết đã đề cập. Khi lưu lượng lỏng càng tăng thì cột càng dễ

gần đến điểm lụt hơn. Từ đồ thị thu được ta thấy vùng sau điểm gia trọng thì giá trị P

tăng lên rất nhanh, đột ngột. Đoạn thẳng trong vùng này rất dốc nên ta rất khó vận hành

cột chêm ở chế độ nhũ tương này mặc dù cột chêm hoạt động tốt nhất ở chế độ đó.

- Giản đồ f theo Re được lập nhằm để biểu diễn sự phụ thuộc của trở lực vào lưu lượng

của dòng lưu chất. Trong đồ thị trên thì ta lại thấy khi lưu lượng tăng lên thì trở lực lại

giảm dần, kết quả này thu được do ảnh hưởng của sai số trong quá trình thí nghiệm. Nếu

biết một trong hai giá trị Re hoặc f thì có thể dùng đồ thị có thể dùng đồ thị để xác định

giá trị còn lại như sau:

Từ giá trị f hoặc Re đã biết kẻ một đường thẳng theo phương ngang hoặc theo

phương đứng, cắt đồ thị f-Re tại một điểm. Từ giao điểm đó, kẻ một đường thẳng vuông

góc với trục còn lại thì sẽ xác định được giá trị cần tìm.

- Sự liên hệ giữa các đối tượng tương đối gần với dự đoán. Cụ thể là các mối liên hệ sau:

o Log(Pck/Z)-logG: là phụ thuộc tuyến tính với nhau theo đường thẳng giống như lý

thuyết đã nhận định.

o Pcử/Z-G càng gần như được chia thành hai hướng rõ rệt: vùng dưới điểm gia trọng và

vùng trên điểm gia trọng. vùng dưới điểm gia trọng thì P tăng chậm và đều dặn nên các

điểm này thu được gần như cùng nằm trên một đường thẳng. vùng trên điểm gia trọng thì

P tăng nhanh, đột ngột nên đoạn thẳng rất dốc; nếu tăng lưu lượng lỏng và khí lên cao

nữa thì sẽ tiến đến điểm lụt của cột.

o Log-L: hoàn toàn phụ thuộc tuyến tính với nhau nên được thể hiện thành một đường

thẳng trên đồ thị. Phù hợp với lý thuyết đã đề cập đến.



Tuy nhiên trong quá trình làm thí nghiệm cũng có nhiều sai số. Những nguyên nhân có

thể dẫn đến sai số là do:

o Lưu lượng dòng lỏng không ổn định.

o Lưu lượng dòng khí không ổn định.

o Cột nước duy trì ở đáy cột không đảm bảo yêu cầu làm cho mực nước xâm nhập vào

ống đo độ chênh áp làm ảnh hưởng đến kết quả.

o Ma sát giữa dòng khí có tốc độ lớn với ống dẫn làm cho ống nóng lên và làm tăng thể

tích khí làm tăng áp suất cũng ảnh hưởng đến độ chênh áp.



BÀI 5 CHƯNG GIÁN ĐOẠN KHÔNG HOÀN LƯU

I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:

Khảo sát hiệu suất tháp chưng khi tiến hành không hồi lưu.

Sự biến đổi nồng độ sản phẩm đỉnh theo thời gian chưng cất.

II.LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM:

1. Định nghĩa hoàn lưu:

Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng, khí lỏng thành các cấu tử

riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (cùng nhiệt độ, áp

suất hơi của các cấu tử khác)

Chưng thì dung môi và chất tan đều bay hơi, cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn

chất tan không bay hơi

Khi chưng trường hợp 2 cấu tử ta sẽ thu được sản phẩm đỉnh gồm các cấu tử có độ

bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé, sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ

bay hơi bé và một phần rất ít có độ bay hơi lớn

2. Nguyên tắc và sơ đồ gián đoạn không hoàn lưu:

Trong quá trình chưng đơn giản hơi nước được lấy ra ngay và cho ngưng tụ.



1. Cân bằng vật chất

Xét quá trình chưng gián đoạn, thành phần và lượng sản phẩm luôn thay đổi theo thời

gian.

Lượng hỗn hợp đầu là kg, thành phần cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu là

Tại một thời điểm bất kỳ lượng chất lỏng trong nồi chưng là với nồng độ là . Khi

bóc hơi một lượng vô cùng nhỏ dw thì nồng độ trong nồi sẽ giảm đi một lượng và

lượng chất lỏng còn lại trong nồi là - . Như vậy lượng cấu tử dễ bay hơi trong nồi

tại thời điểm đang xét là: ( -dW)( - )

Lượng cấu tử dễ bay hơi chuyển vào pha hơi là: .

Phương trình cân bằng vật liệu đối với cấu tử dễ bay hơi ở thời điểm đang xét:

Lượng rất bé ta có thể bỏ qua được, đơn giản đi ta có:

Phương trình cho toàn bộ quá trình là:

2. Cân bằng năng lượng:

Cân bằng nhiệt toàn tháp:

QF +QK = QD +QW +Qm +Qng

QK = QD + QW +Qm +Qng -QF

QK: nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, W

Qm: nhiệt lượng mất mát do môi trường xung quanh (W). được lấy từ 5% đến 10%

nhiệt lượng cần cung cấp.

QF: nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào, W



QD: nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra, W

QW: nhiệt lượng do dòng sản phẩm đáy mang ra, W

Qng: nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ, W

nhiệt lượng riêng của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, J/kg.độ.

: nhiệt độ của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, 0C.

: nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, kJ/kg

Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ:

Đối với quá trình ngưng tụ không làm lạnh:

Đối với quá trình ngưng tụ làm lạnh:

Trong đó: : nhiệt độ vào và ra của nước, 0C

G: lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s

C: nhiệt dung riêng của dòng giải nhiệt, J/kg/độ

: nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, 0C



Mô hình chưng cất:

Hệ thống chưng cất 7 mâm xuyên lỗ



TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

- Hòa trộn 5l hỗn hợp nhập liệu có nồng độ 20 đến 30 độ cồn.

- Đổ dung dịch vào nồi đun qua nắp nồi, đo nồng độ nhập liệu mỗi lần đổ vào và lấy

giá trị trung bình. Nhớ đóng chặt nắp nồi.

- Mở công tắc điện chính, đèn trắng được kích hoạt.

- Mở hệ thống nước giải nhiệt.

- Mở công tắc tổng bằng cách mở nút khẩn cấp và nhấn nút bấm màu xanh.

- Thiết lặp giá trị trên bộ điều khiển PID của lưu lượng dòng nước giải nhiệt.

- Mở điện trở nồi đun.

- Cài đặt độ giảm áp của tháp chưng cất ở giá trị thấp nhất là 10mB trên bộ điều

khiển PID.

- Chuyển công tắc chia dòng hoàn lưu sang chế độ “Reflux” hồi lưu hoàn toàn.

- Sau khi đạt trạng thái ổn định (khoảng 30 đến 45 phút) chuyển công tắc chia dòng

hoàn lưu sang chế độ “Draw off” – không hồi lưu hoanf toàn và thu sản phẩm

đỉnh.

- Đợi 15 phút, đo thể tích và nồng độ sản phẩm thu được.

- Cài đặt giá trị ở mức bằng 12mB và đợi thêm khoảng 15 phút và lấy mẫu đo.

- Tương tự, tiến hành các thí nghiệm khác với các giá trị khác nhau.

Lưu ý: Trong một số trường hợp mặc dù giá trị nhiệt độ đọc theo tháp chưng cất

không thay đổi nhưng trạng thái ổn định chưa thể đạt được bởi vì giá trị thành phần

của các pha thay đổi rất chậm. Vì vậy, thời gian làm việc kéo dài hơn và để dễ dàng

xác định thời gian lấy mẫu ứng với mỗi 15 phút.



III. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM:

Kết quả thí nghiệm nồng độ và năng suất:

STT (s) vF (%V) VF (lit) (mB) vD (%V) VD (lit) G (l/h)

1 0 21 5.000

300

2 15 18 4.495 10 66 0.345

3 30 15 3.990 12 43 0.400

4 40 10 3.640 14 20 0.270

5 50 9 3.309 16 11 0.240

6 60 8.5 2.969 18 5 0.250

Kết quả thí nghiệm nhiệt độ:

STT T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) T4 (0C) T5 (0C) T7 (0C) T8 (0C)

1 90.0 82.5 32.3 32.1 32.4 29.7 29.8

2 95.9 95.8 91.9 92.6 93.1 29.6 31.8

3 98.7 98.6 96.1 96.5 96.4 29.7 32.3

4 99.7 99.8 96.9 98.0 97.6 29.6 32.2

5 100.3 100.3 97.0 98.6 98.4 29.6 32.2

6 100.5 100.5 97.1 98.9 98.9 29.6 32





Công thức nội suy:

Sử dụng công thức nội suy trên để tính tỷ trọng của dung dịch cồn ở các nồng độ thể

tích khác nhau.

Tính toán lượng nhập liệu (Kg):

Với : : (%V) cồn

: Tỷ trọng của cồn 1000 ở nhiệt độ cần xét.

: Tỷ trọng của nước ở nhiệt độ cần xét.

Nồng độ nhập liệu (Kg/Kg)

Tính toán lượng sản phẩm đỉnh (Kg):

Nồng độ sản phẩm đỉnh (Kg/Kg)

Tính toán lượng sản phẩm đáy (Kg):

Nồng độ sản phẩm đáy (Kg/Kg)



Kết quả tra cứu tỷ trọng (d, lấy ở 300) theo nồng độ % thể tích cồn trong dung

dịch và nhiệt dung riêng (Cp, lấy ở 410C) lấy theo C%.

% Thể tích Tỷ trọng (d)Nhiệt dung riêng (Cp)

J/Kg.độ

100 0.7807500 2600.000

66 0.8538262 3100.000

43 0.9032600 3663.000

21 0.9505447 4274.683

20 0.9526940 4280.264

18 0.9569926 4231.000

15 0.9634405 4273.360

10 0.9741870 4272.000

9 0.9763363 4272.300

H2O 0.9956800 4180.520



Bảng kết quả tính toán:

1. Kết quả tính toán cân bằng vật chất:

STTKg/Kg Kg Kg/Kg Kg/Kg Kg Kg

1 0.17249 4.75272 0 0.17249 0 4.75272

2 0.17249 4.75272 0.60047 0.14685 0.29606 4.45480 0.06474

3 0.14685 4.30168 0.36991 0.12156 0.36303 3.94529 0.08648

4 0.12156 3.84413 0.16316 0.08014 0.25839 3.62398 0.05898

5 0.08014 3.54604 0.08796 0.07197 0.23433 3.31954 0.06600

6 0.07197 3.23070 0.03946 0.06790 0.24731 2.98990 0.07746

2. Kết quả tính toán cân bằng năng lượng:

STTG

Kg/h

Qng

kJ/h

QF

kJ/h

QW

kJ/h

QD

kJ/h

QK

kJ/h

1

300

2 3035.05737 1948.3415 1805.6634 85.4460 6874.5082

3 3586.88599 1817.2973 1662.3605 128.1914 7194.7352

4 3586.88599 1621.5710 1545.0661 107.8042 6861.3273

5 3586.88599 1519.8969 1422.4632 98.6929 6627.9389

6 3310.97168 1387.0544 1256.1834 103.4873 6057.6968



ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH SỰ BIẾN ĐỔI NỒNG ĐỘ SẢN PHẨM ĐÁY VÀ ĐỈNH THEO

THỜI GIAN.

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ BIẾN ĐỔI NHIỆT LƯỢNG NỒI ĐUN THEO ĐỘ TINH

KHIẾT SẢN PHẨM ĐỈNH.


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70

BIẾN ĐỔI NỒNG ĐỘ TRONG QUÁ TRÌNH CHƯNG

Nồng độ (Kg/Kg)

Sản phẩm đỉnh

Sản phẩm đáy

Thời gian (s)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

6,000 6,200 6,400 6,600 6,800 7,000 7,200 7,400

NHIỆT LƯỢNG NỒI ĐUN THEO ĐỘ TINH KHIẾT SẢN PHẨMNồng độ (Kg/Kg)

Nhiệt lượng kJ/h


BIẾN ĐỔI SỐ MÂM THEO ĐỘ GIẢM ÁP:


0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

BIẾN ĐỔI SỐ MÂM THEO ĐỘ GIẢM ÁP

Độ giảm áp (mB)

Ln(F/W)


IV. BÀN LUÂN:

Qua số liệu thực nghiệm ta thu được trên bảng số liệu ta thấy: nồng độ của sản

phẩm đỉnh và cả sản phẩm đáy đều giảm theo thời gian chưng. Ban đầu nồng độ của

dung dịch trong nồi đun là cao nhất nên một thời giant a thu được sản phẩm đỉnh có

nồng độ cao nhất, nhưng sau những khoảng thời gian lấy mẫu, nồng độ trong nồi

đun (hay sản phẩm đáy) giảm dần vì thế cho nên nồng độ của sản phẩm đỉnh cũng

giảm theo sự giảm nồng độ đáy.

Qua tính toán và qua đồ thị đã vẽ ta có thể nhận thấy rằng: Độ tinh khiết của

sản phẩm đỉnh giảm (nồng độ sản phẩm đỉnh giảm dần) thì nhiệt lượng cần để cung

cấp cho nồi đun cũng giảm dần, nhưng sự giảm của nhiệt lượng ít hơn so với sự

giảm dần độ tinh khiết sản phẩm đỉnh, ta có thể thấy được điều đó qua đồ thị đã vẽ,

đường biến đổi gần như là một đường thẳng đứng.

Ứng dụng của quá trình chưng gián đoạn: Dùng để tách hỗn hợp, trong đó các

cấu tử có độ bay hơi khác nhau, tuy nhiên quá trình này chỉ dùng để tách sơ bộ hoặc

dùng để làm sạch các cấu tử khỏi tạp chất.



BÀI 8 CHƯNG LIÊN TỤCI.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Quá trình chưng liên tục nhằm khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số sau

Lưu lượng dòng nhập liệu

Nhiệt độ dòng nhập liệu

Vị trí nhập liệu (3 vị trí khác nhau)

Lưu lượng dòng chuyển độngng trong tháp chưng cất

Chỉ số hồi lưu

II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM

1. Nguyên tắc làm việc của tháp

Hơi đi dưới lên qua các lỗ của đĩa, chất lỏng chảy từ trên xuống dưới theo các ống

chảy chuyền. nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp, nhiệt độ sôi cũng thay

đổi tương ứng với sự thay đổi nồng độ.

Trên đĩa một chất lỏng chứa cấu tử dễ bay hơi nồng độ x1, hơi bốc lên từ đĩa đó có

nồng độ cân bằng với x1 là y1, (y1>x1), hơi đó qua các lỗ đi lên đĩa 2 tiếp xúc với chất lỏng

ở đó. Nhiệt độ của đĩa 2 thấp hơn đĩa 1 cho nên một phần hơi được ngưng lại, do đó nồng

độ x2 là x2>x1. Hơi bốc lên từ đĩa 2 có nồng độ tương ứng cân bằng với x2 là y2. Hơi từ đĩa

2 lên đĩa 3 và nhiệt độ ở đĩa 3 thấp hơn, hơi ngưng tu lại một phần, do đó chất lỏng trên

đĩa 3 có nông độ x3>x2.

Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi. Do đó một phần

cấu tử dễ bay hơi chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và một phần ít hơn chuyển từ pha hơi

vào pha lỏng, lập lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như dậy, hay nói một cách khác, một

số đĩa tương ứng, cuối cùng ở trên đỉnh tháp ta thu được cấu tử dễ bay hơi ở dạng nguyên

chất và ở đáy tháp ta thu đuợc cấu tử khó bay hơi ở dạng nguyên chất.

Theo lý thuyết thì mỗi đĩa của tháp là một bậc thay đổi nồng độ: thành phần hơi khi

rời khỏi đĩa bằng thành phần cân bằng với chất lỏng khi đi vào đĩa. Do đó theo lý thuyết

thì số đĩa bằng số bậc thay đổi nồng độ. Thực tế thì trên mỗi đĩa quá trình chuyển khối

giữa 2 pha thường không đạt được cân bằng



2. Cân bằng vật chất

Phương trình cân bằng cho toàn tháp

F=W+ D

F.xF=W.xW + D.xD

F, W, D: suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh, kmol/h

xF, xW, xD: phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh

3. Phương pháp Mc Cabe-Theile

Phương pháp Mc Cabe-Theile thích hợp cho nhiều trường hợp có tổn thất nhiệt và

nhiệt dung dung riêng không lớn. Cơ sở của phương pháp này là xem gần đúng đường

làm việc phàn chưng và phần cất là đường thẳng, tức là chúng ta thừa nhận một số giả

thuyết sau:

Số mol của pha hơi đi từ dưới lên bằng nhau trong tất cả tiết diện của tháp.

Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi

Chất lỏng nhưng trong thiết bị ngưng có thành phần bằng thành phần hơi ra khỏi đỉnh

tháp

Đun sôi ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp

Số mol chất lỏng không đổi theo chiều cao của đoạn cất và chưng

a. Chỉ số hồi lưu (hoàn lưu)

Chỉ số hồi lưu là tỉ số giữa lưu lượng dòng hoàn lưu (L0) và lưu lượng dòng sản phẩm

đỉnh (D)

Chỉ số hồi lưu thích hợp (R) được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối thiểu (Rmin) và

quan hệ theo phương trình sau:

b. Phương trình đường làm việc

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng



, lượng hỗn hợp nhập liệu so với sản phẩm đỉnh

4. Cân bằng năng lượng

a. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu:

Với Qnl : Nhiệt lượng cần cung cấp, W

CPF : Nhiệt lượng riêng hỗn hợp nhập liệu, W

tFv, tFr : Nhiệt độ nhập liệu và ra khỏi thiết bị, 0C

b. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ:

Nếu quá trình ngưng tụ không làm lạnh.

Nếu quá trình ngưng tụ có làm lạnh.

tv, tr : Nhiệt độ vào và ra của nước, 0C

G : Lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s

C : Nhiệt dung riêng của dòng nhập liệu, J/Kg.độ

TSD : Nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, 0C

c. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh.

Làm lạnh sản phẩm đỉnh

Làm lạnh sản phẩm đáy

nhiệt lượng riêng của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy,

J/mol.độ.

: nhiệt độ của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, 0C.

: nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, kJ/kmol



d. Cân bằng nhiệt lượng toàn tháp

QF +QK+QL0 = QD +QW +Qm +Qng

QK = QD + QW +Qm +Qng -QF-QL

QK: nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, W

Qm: nhiệt lượng mất mát do môi trường xung quanh (W). được lấy từ 5% đến 10%

nhiệt lượng cần cung cấp.

QF: nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào, W

QD: nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra, W

QW: nhiệt lượng do dòng sản phẩm đáy mang ra, W

Qng: nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ, W

QL0 : Nhiệt lượng do dòng hoàn lưu mang vào, W



TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Trong quá trình chưng cất liên tục, nhập liệu cho vào thiết bị bằng một bơm

nhập liệu với lưu lượng là hằng số. nhiệt nhập liệu cũng duy trì không đổi khi đi qua

thiết bị gia nhiệt.

Đầu tiên pha trộn dung dịch trong bình chứa nhập liệu với nồng độ khoảng 20 đến

30 độ cồn.

Mở công tắc điện chính, đèn trắng được kích hoạt.

Mở hệ thống nước giải nhiệt.

Mở công tắc tổng bằng cách mở nút khóa cẩn thẩn và nhấn nút bấm màu xanh.

Thiết lập giá trị trên bộ điều khiển PID của lưu lượng dòng nước giải nhiệt.

Mở van nhập liệu ở vị trí thấp nhất, điều chỉnh lưu lượng bơm nhập liệu với hiệu

suất 100%, số vòng quay tối đa, sau đó mở bơm đưa nhập liệu vào nồi đun.

Khi lương lỏng trong nồi đun đã đủ (đèn cảnh báo điện trở gia nhiệt nồi đun không

còn sáng) thì ngưng bơm nhập liệu.

Mở điện trở nồi đun.

Cài đặt độ giảm áp của tháp chưng cất ở giá trị là 20mB trên bộ điều khiển PID.

Chuyển công tắc chia dòng hoàn lưu sang chế độ “Reflux”, hồi lưu hoàn toàn.

Đợi trạng thái ổn định (khoảng 30 đến 45 phút).

Khi trạng thái ổn định đạt được, lấy sản phẩm đỉnh, bằng cách chuyển công tắc chia

dòng hoàn lưu sang chế độ “Draw off”, đo nồng độ sản phẩm đỉnh.

Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu.

Xác định nhiệt độ sôi của nhập liệu.

Cài đặt nhiệt độ sôi nhập liệu trên bộ điều khiển của thiết bị gia nhiệt nhập liệu.

Khi nhiệt độ nhập liệu gần bằng nhiệt độ sôi của nhập liệu tiến hành mở bơm, van

nhập liệu và điều chỉnh lưu lượng 6 lit/giờ.

Mở van thu sản phẩm đỉnh và thu sản phẩm đáy.

Cài đặt giá trị tỉ số hồi lưu giá trị thấp nhất bằng 1,5 lần giá trị tỉ số hồi lưu tối thiểu

bằng cách cài đặt tỉ số hồi lưu bằng cách điều khiển công tắc chia dòng ở vị trí “Cycle”

và cài đặt chu kỳ lấy mẫu 10 giây và phần trăm thời gian cho dòng hoàn lưu.



Sau 10 phút, tháo hết dung dịch trong bình chứa sản phẩm đỉnh và đáy.

Đo lưu lượng sản phẩm đỉnh bằng phương pháp thể tích và nông độ sản phẩm đỉnh

Ghi các thông số nồng độ, nhiệt độ vào trong bảng số liệu.

Lần lượt cài đặt giá trị tỉ số hồi lưu bằng 1.75; 2; 2.25; 2.5; .,75; 3 lần chỉ số hồi lưu

tối thiểu.

Chú ý quan sát hiện tượng xãy ra trong thiết bị ngưng tụ và điều chỉnh lưu lượng

dòng giải nhiệt vào trong thiết bị.

Khi bình chứa hỗn hợp nhập liệu hết thì ngừng quá trình.

Theo dõi sự biến đổi các thông số:

Biến đổi nhiệt độ trong suốt thời gian làm việc và giải thích

Kết quả đo thành phần dòng sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh

Kiểm tra phương trình cân bằng vật chất

Kết quả đo lưu lượng khối lượng dòng sản phẩm kg/ giờ

Chú ý lưu lượng dòng làm lạnh và nhiệt độ nước vào và ra khỏi tháp



III. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM:

Kết quả thí nghiệm nồng độ và năng suất:

STTMâm

NLvF (%V) VF (lit/h) R vD (%V) VD (ml) G (l/h)

1

1 10 6

16.9 95 180

350

2 19.6 98 130

3 22.4 97.5 110

4 25.2 98 110

5 28 98 110

6 30.8 98 110

7 33.6 98 110

Kết quả thí nghiệm nhiệt độ:

STT T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C) T4 (0C) T5 (0C) T6 (0C) T7 (0C) T8 (0C)

1 96.3 88.8 78.3 78.2 77.4 91.5 29.6 32.6

2 98 95.6 78.5 78.2 77.4 92 29.6 33

3 97.4 92.2 71.9 78.2 77 93.1 29.6 32.1

4 97.2 92.1 79 78.2 77.4 92.8 29.6 32.2

5 97.1 92.8 78.9 78.2 77.4 90.9 29.7 32.6

6 96.4 89.7 78.3 78.1 77.3 91.5 29.7 32.9

7 96.4 88.6 78.1 78 77.2 91.4 29.6 33.1





Công thức nội suy:

Tính toán lượng nhập liệu (Kg):

Với : : (%V) cồn

: Tỷ trọng của cồn 1000 ở nhiệt độ cần xét.

: Tỷ trọng của nước ở nhiệt độ cần xét.

Lượng nhập liệu F (mol/h)

Nồng độ nhập liệu (Kg/Kg)

Nồng độ phần mol của nhập liệu:

Tính toán lượng sản phẩm đỉnh (Kg):

Lượng sản phẩm đỉnh D (mol/h)



Nồng độ sản phẩm đỉnh (Kg/Kg)

Nồng độ phần mol của sản phẩm đỉnh:

Tính toán lượng sản phẩm đáy (Kg):

Lượng sản phẩm đỉnh W (mol/h)

Nồng độ sản phẩm đáy (Kg/Kg)

Tính toán Rmin :



Kết quả tra cứu tỷ trọng (d, lấy ở 300) theo nồng độ % thể tích cồn trong

dung dịch và nhiệt dung riêng (Cp, lấy ở 410C) lấy theo C%.

% Thể tích Tỷ trọng (d)Nhiệt dung riêng (Cp)

J/Kg.độ

100 0.7807500 2600.000

98 0.7850495 2913.744

97.5 0.7861233 2920.564

95 0.791497 2941.026

10 0.9741870 4272.000

H2O 0.9956800 4180.520



Bảng kết quả tính toán:

1. Tính cân bằng vật chất:

STTxF

mol/mol

F

mol/h

xD

mol/mol

xW

mol/molR

D

mol/h

W

mol/h

1

0.033 0.281

0.8536 0.0255 16.8 0.0319 0.2704

2 0.9376 0.0280 19.6 0.0224 0.2702

3 0.9229 0.0291 22.4 0.0191 0.2700

4 0.9376 0.0291 25.2 0.0190 0.2700

5 0.9376 0.0291 28.0 0.0190 0.2700

6 0.9376 0.0291 30.8 0.0190 0.2700

7 0.9376 0.0291 33.6 0.0190 0.2700

2. Tính số mâm lý thuyết:

STT RĐường làm việc phần

chưng

Đường làm việc phần

cấtN H %

1 16.8

2 19.6

3 22.4

4 25.2

5 28.0

6 30.8

7 33.6



Kết quả tính toán cân bằng năng lượng:

G

Kg/h

Qng

W

QF

W

QW

W

QD

W W

QK

W

348.49

4856.2035 2507.2712 2251.4223 36.0345 2.1839 7401.6931

5503.6973 2551.5325 2442.1629 25.8129 1.7730 8082.8157

4046.8363 2535.9109 2362.1258 21.7586 1.1046 6605.6103

4208.7097 2530.7036 2359.6155 21.8417 1.1472 6762.4023

4694.3301 2528.1000 2377.5496 21.8417 1.2796 7245.5514

5179.9504 2509.8748 2298.1272 21.8135 1.4120 7713.0507

5665.5708 2509.8748 2269.9450 21.7853 1.5443 8198.7752

ĐỒ THỊ:

ĐỒ THỊ QUAN HỆ xw VÀ xD


0.26990

0.27000

0.27010

0.27020

0.27030

0.27040

0.27050

0.84 0.86 0.88 0.90 0.92 0.94 0.96

QUAN HỆ GIỮA xW VÀ xD.xW (mol/mol)

xD (mol/mol)


ĐỒ THỊ QUAN HỆ QK THEO R.


0

1500

3000

4500

6000

7500

9000

0 5 10 15 20 25 30 35 40

ĐỒ THỊ QUAN HỆ QK THEO R.QK (W)

R

Documents

TRUYEN KHOI