Đề tài Chưng cất hỗn hợp etanol-nước bằng tháp mâm chóp

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM MÁY VÀ THIẾT BỊ  TIỂU LUẬN MÔN HỌC TRUYỀN KHỐI Đề tài: Chưng cất hỗn hợp etanol-nước bằng tháp mâm chóp GVHD: ThS. Cao Thanh Nhàn Nhóm: DHMT 4 Lớp HP: Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2010 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC  TIỂU LUẬN MÔN HỌC CƠ LƯU CHẤT Đề tài: Lực cản và ứng dụng GVHD: ThS. Cao Thanh Nhàn Nhóm: DHMT 4 Lớp HP: Danh sách sinh viên nhóm DHMT4: SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 1 BÀI SỐ 1:KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ CỘT CHÊM (THÁP ĐỆM) I. 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 fck trong cột theo chuẩn số Reynolds Rec 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 chảy. II. Lý thuyết thí nghiệm: 2.1. 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 2.2. 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 2.2.1. Độ giảm áp khi cột khô SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 2 ∆PC Gn ( với n = 1.8 - 2) lg∆PC/Z = nlgG – lgZ Đây là phương trình đường thẳng có hệ số góc n 2.2.2. 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. 2.3. 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 2.4. Độ giảm áp ∆Pcư khi cột ướt Sự liên hệ: ∆Pcư =  ∆Pck fcư =  fck 2.5. Điểm lụt của cột chêm L G L Gck G L g vaf          2 2.0 3 2 1 .2 .... 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. Hệ thống hấp thu lỏng khí DIDACTA SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 3 Mô hình thí nghiệm Các bước tiến hành Mở van cho nước vào trong bình chứa (khóa van 11). Mở các van 14 và 6, khóa van 5. Mở bơm lỏng đến khi nước qua van 6 chảy ngược vào bình chứa thì ngừng bơm và khóa van 6. Khóa van 23, mở van 22, sau đó mở máy nén để thổi hết lượng nước còn đọng trong các khe của vật đệm. Sau khoảng 5 phút, chuẩn bị làm thí nghiệm khi cột khô. SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 4 Đo độ giảm áp khi cột khô - Khóa van 22 để thay đổi lượng khí qua cột. Ứng với 6 giá trị lưu lượng khí ghi lại 6 giá trị ∆Pck trên áp kế thủy ngân. Điều chỉnh lưu lượng từ mức cao xuống thấp để đảm bảo điều kiện làm việc của máy nén. - Sau khi tiến hành xong thí nghiệm cột khô tắt máy nén. Đo độ giảm áp của dòng khí khi cột ướt - Mở van 13 và 6. Bật bơm lỏng, điều chỉnh van 14 để giữ lưu lượng lỏng không đổi. - Mở van 22, mở máy nén để đưa không khí vào tháp. - Khóa dần van 22 thay đổi lưu lượng khí G tương ứng với các giá trị G khi đo cột khô và đọc ∆Pcư trên áp kế. - Lặp lại 5 giá trị khác nhau của L. Nếu xảy ra hiện tượng ngập lụt thì tắt máy nén. - Sau khi làm xong thí nghiệm ngừng máy tắt bơm, máy nén mở van 5 xả hết chất lỏng còn lại trong tháp ra ngoài. III. Báo cáo thí nghiệm: 1. Kết quả thí nghiệm Bảng 1: Kết quả thí nghiệm trên cột khô: STT G (kg/m2.s) ∆Pck (N/m2) 1 0,097 0,98.105 2 0,194 1,96.105 3 0,293 2,94.105 4 0,39 4,9.105 5 0,487 7,84.105 6 0,584 10,79.105 Bảng 2: Kết quả thí nghiệm trên cột ướt: SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 5 Llỏng (l/s) 0,004 0,053 0,067 0,08 0,093 STT G( kg/s.m2) ∆Pcư (N/m2) 1 0,097 2,02. 105 2,94. 105 2,94.105 2,94. 105 9,81. 105 2 0,194 4,9. 105 6,86. 105 9. 105 9,81. 105 23,53. 105 3 0,293 9,81. 105 11,76. 105 18,63. 105 20,6. 105 39,62. 105 4 0,39 21,33. 105 25,15. 105 39,22. 105 44,62. 105 71. 105 5 0,487 37,26. 105 48,55. 105 76,5. 105 80,95. 105 128,17. 105 6 0,584 58,82. 105 60,89. 122,39. 105 128,24. 105 205,88. 105 2. Xử lý số liệu  Đổi đơn vị: 1N/m2 = 1Pa = 1,02.10-6 mmH2O 3 2 2 1.10001 60 út 3600 . 4 80 m l kg Dh ph s m D mm          Z = 1.6 m 2 2 7601 1033 1 1,33.10 cmH O mmHg mmHg Pa    Công thức tính Re: a G4Re (2) Với: a: diện tích bề mặt riêng của vật chêm, m3/m2; a = 360 m3/m2  k: Độ nhớt của dòng khí, kg/m.s;  = 0,187 Ns/m2 VD: 4.0,097Re 0,00576 360.0,187   SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 6  Công thức tính fck: Do Re < 50 => fck = 140 Re (3) VD : fck = 140/0,00576= 24305,56  Công thức tính fcư: fcư =  .fck (4) Với  = ck cu P P   VD:  = ck cu P P   = 5 5 2,02.10 2,06 0,98.10  => fcư =  .fck = 2,06.24305,56 = 50068,63 3. Bảng kết quả tính toán và đồ thị minh họa Kết quả tính toán cột khô G, kg/m2.s Log G ∆Pck/Z, N/m2 / m log(∆P/Z), N/m2 / m Reck fck 0,097 -1,013 0,61.105 4,79 0,0058 24305,56 0,194 -0,712 1,23. 105 5,09 0,0115 12145,36 0,293 -0,533 1,84. 105 5,26 0,0174 8041,64 0,39 -0,409 3,06. 105 5,49 0,0232 6041,54 0,487 -0,312 4,90. 105 5,69 0,0289 4838,19 0,584 -0,234 6,74. 105 5,83 0,0347 4034,59  Đồ thị log (∆Pck/Z) theo log G SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 7  Đồ thị fck theo Re 3.2.Kết quả tính toán cột ướt: Sự liên hệ giữa độ giảm áp khô ∆Pcư =  .∆Pck với: STT  SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 8 1 2.06 3.00 3.00 3.00 10.01 2 2.50 3.50 4.59 5.01 12.01 3 3.34 4.00 6.34 7.01 13.48 4 4.35 5.13 8.00 9.11 14.49 5 4.75 6.19 9.76 10.33 16.35 6 5.45 5.64 11.34 11.89 19.08  Kết quả tính toán fcư cho cột ướt Llỏng (l/s) 0.004 0.053 0.067 0.08 0.093 STT Recư fcư 1 1.40 50068.63 72872.16 72872.16 72872.16 238291.98 2 2.81 30363.40 42508.76 55769.51 60788.77 285780.34 3 4.24 26832.81 32166.55 50957.73 56346.17 318609.71 4 5.64 26299.19 31009.12 48356.97 55014.99 428949.23 5 7.05 22993.76 29961.00 47209.41 49955.58 620111.20 6 8.45 21993.93 22767.95 45763.98 47951.41 830641.19 3.3. Kết quả tính toán log (∆Pcư /Z) cho cột ướt: Llỏng (l/s) 0.004 0.053 0.067 0.08 0.093 STT log G log (∆Pcư /Z) 1 -1,013 5,1 5,26 5,26 5,26 5,79 2 -0,712 5,49 5,63 5,75 5,79 6,17 3 -0,533 5,79 5,87 6,07 6,11 6,39 4 -0,409 6,12 6,2 6,39 6,45 6,65 5 -0,312 6,37 6,48 6,68 6,7 6,9 6 -0,234 6,57 6,58 6,88 6,9 7,11  Đồ thị log (∆Pcư /Z) theo log G SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 9 4. Bàn luận Dựa vào đồ thị và số liệu thực nghiêm ta thấy: - Đối với cột khô: khi G tăng thì độ giảm áp tăng theo đường thẳng. - 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. Nếu lưu lượng của dòng lưu chất càng lớn thì thì hệ số ma sát f giữa hai pha càng tăng. Lập đồ thị nhằm xác định được lưu lượng hợp lý để vận hành cột, để trở lực nhỏ và thu được hiệu suất truyền khối tốt nhất giữa hai pha với nhau mà cột vẫn không bị lụt. Tuy nhiên trong đồ thị trên thì ta lại thấy điều ngược lại tức là khi lưu lượng tăng lên thì trở lực lại giảm dần, kết quả này thu được do ảnh hưởng của sai số SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 10 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: - Log(Pck/Z) - logG: là phụ thuộc tuyến tính với nhau theo đường thẳng giống như lý thuyết đã nhận định. - 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. - 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: - Lưu lượng dòng lỏng không ổn định. - Lưu lượng dòng khí không ổn định. - 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. - 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. SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 11 BÀI SỐ 2:CHƯNG GIÁN ĐOẠN KHÔNG HOÀN LƯU I. Mục đích thí nghiệm: Quá trình chưng cất gián đoạn không hoàn lưu nhằm khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số sau:  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. 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 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 12 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: 3. Cân bằng năng lượng 3.1. Cân bằng nhiệt lượng 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 ____ ___ ... DxWxFx DWF WF    Dng rDQ . _  WPW tCWQ R .. _  DPD tCDQ D ..   FPF tCFQ F ..   SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 13 :,, WDF PPP CCC nhiệt lượng riêng của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, J/kg.độ. WDF ttt ,, : nhiệt độ của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, 0C. Dr : nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, kJ/kg 3.2. 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: rv tt , : 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 DS t : nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, 0C 4. Nguyên tắc và sơ đồ chưng gián đoạn không hoàn lưu Trong quá trình chưng đơn giản hơi nước được lấy ra ngay và cho ngưng tụ. mvrDSPDng QttCGttCDrDQ DD   ).(.).(.. _ mvrDng QttCGrDQ  ).(.. _ SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 14 5. Mô hình chưng cất Hệ thống chưng cất 7 mâm xuyên lỗ 6. Tiến hành thí nghiệm SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 15  Mở van W tháo hết sản phẩm đáy ở nồi đun và đo độ rượu bằng phù kế.Sau đó lấy cồn 960 pha với sản phẩm đáy thành rượu 200 rồi đổ đầy bình chứa nhập liệu.Đo lại độ rượu bình nhập liệu rồi ghi vào bảng kết quả độ rượu nhập liệu VF.  Đóng cầu dao tổng của hệ thống,mở công tắc điện của nguồn chính.Đóng khoảng ¾ van hoàn lưu N1 của bơm nhập liệu,mở van N3,N5 đóng van N2 và van N4.Mở bơm nhập liệu bơm rượu vào nồi đun cho đến khi mực lỏng trong ống chỉ mực tới vạch khoảng ½ nồi đun.Khi hỗn hợp dưới nồi đun dưới vạch trắng (1/3) nồi đun sẽ cháy điện trở nồi đun,luôn luôn phải chú ý mức chất lỏng trong nồi đun  Mở công tắc gia nhiệt nồi đun, chờ nồi đun sôi.Khi hỗn hợp sôi ta mở van nước GN cho thiết bị ngưng tụ.  Dùng thì kế đo thời gian cứ 3 phút ta tiến hành đo nhiệt độ nồi đun , nhiệt độ sản phẩm đỉnh ,lượng sản phẩm đỉnh thu được qua bình chứa sản phẩm đỉnh và nồng độ sản phẩm đỉnh.Xác định nồng độ sản phẩm đỉnh bằng cách mở van D để lấy mẫu sản phẩm vào ống đong và đo nồng độ bằng phù kế.  Khi sản phẩm thu được khoảng 200ml thì dừng thí nghiệm. Ngừng máy  Tắt gia nhiệt nồi đun.  Tháo sản phẩm đỉnh bình chứa cồn.  Tắt van nước GN cho thiết bị ngưng tụ qua sản phẩm đỉnh.  Ngắt công tắc điện vào hệ thống.  Ngắt cầu dao điện của hệ thống. 7. Hệ thống chưng cất DVI 3000 và các bước tiến hành thí nghiệm  Hòa trộn 5 lít hỗn hợp nhập liệu có nồng độ cồn là 150.  Đổ dung dịch vào nồi đun qua nắp nồi,đo nồng độ nhập liệu sau mỗi lần đổ vào lấy giá trị trung bình.  Đóng chặt nắp nồi.  Mở công tắc điện chính,đèn trắng được kích hoạt.  Mở hệ thống nước giải nhiệt. SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 16  Mở công tắc tổng bằng cách mở nút khóa khẩn cấp và nhấn vào nút bấm màu xanh.  Thiết lập giá trị trên bộ điều khiển PID của lưu lượng dòng giải nhiệt.  Mở điện trở nồi đun.  Cài đặt độ giảm áp của tháp chưng cất ở giá trị thấp nhất 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 hoàn lưu và thu sản phẩm đỉnh.  Đợi 15 phút đo thể tích và nồng độ sản phẩm thu được.  Cài đặt giá trị P ở mức bằng 12mB và đợi thêm khoảng 15 phút lấy mẫu đo.  Tương tự tiến hành thí nghiệm với các giá trị P khác nhau. Lưu ý: trong số trường hợp mặc dù giá trị nhiệt độ dọc theo tháp chưng cất không thay đổi nhưng trạng thái ổn định có thể chưa đạt được bởi vì các giá trị thành phần của các pha thay đổi rất chậm.Vì vậy thời gian làm việc kéo dài hơn và để dễ dàng hơn xác định thời gian lấy mẫu ứng với mỗi 15 phút. III. Báo cáo thí nghiệm: 1. Kết quả thí nghiệm Bảng kết quả thí nghiệm nồng độ và năng suất: STT (s) vF (%V) VF (lít) P (mB) vD (%V) VD (lít) vW (%V) G (l/s) 1 0 15 5 10 - - - 300 2 900 15 4,17 10 82 0,1 13 300 3 1800 13 3,762 12 86 0,173 12 300 4 2700 12 3,497 14 74 0,178 11 300 5 3600 11 3,256 16 65 0,162 10 300 6 4500 10 3,053 18 58,5 0,132 8 300 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 17 Bảng kết quả thí nghiệm nhiệt độ STT T1 0C T2 0C T3 0C T4 0C T5 0C T7 0C T8 0C 1 90,7 81,7 77,09 76,7 77,5 29,1 29,4 2 91,5 89,6 81,07 78,1 78,3 29,2 29,4 3 92,8 91,5 87,9 87 85,8 29,2 29,7 4 94,3 93,3 90,5 89,5 88,8 29,1 29,8 5 95,9 94,8 91,3 91,4 90,4 29,1 29,7 6 97,2 96,4 93,6 93,4 92,2 29 29,5 T2 0C: Nhiệt độ sản phẩm đáy. T5 0C: Nhiệt độ sản phẩm đỉnh. T7 0C: Nhiệt độ dòng giải nhiệt vào. T8 0C: Nhiệt độ dòng giải nhiệt ra. 2. Xử lý số liệu  Nồng độ phần mol Etanol nhập liệu  Nồng độ phần khối lượng Etanol nhập liệu  Lượng hỗn hợp đầu SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 18 : khối lượng riêng của rượu nhập liệu Nội suy theo bảng I.2 – Sổ tay QTTB tập 1 – trang 9 vF (%) t0C (kg/m 3) 15 30 980,71 13 89,6 950,635 12 91,5 957,28 11 93,3 958,952 10 94,8 960,76  Nồng độ phần mol Etanol sản phẩm đỉnh  Nồng độ phần khối lượng Etanol sản phẩm đỉnh  Lượng sản phẩm đỉnh : khối lượng riêng của rượu sản phẩm đỉnh Nội suy theo bảng I.2 – Sổ tay QTTB tập 1 – trang 9 vD (%) t0C (kg/m 3) SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 19 82 78,3 788,72 86 85,8 772,408 74 88,8 800,384 65 90,4 821,935 58,5 92,2 837,1835  Lượng sản phẩm đáy Áp dụng phương trình cân bằng vật chất.Ta có:  Nồng độ phần mol Etanol sản phẩm đáy Áp dụng phương trình cân bằng vật chất.Ta có:  Diện tích giới hạn bởi đường cong và  Nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào :nhiệt dung riêng của dòng nhập liệu SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 20 Nội suy theo bảng I.154 – Sổ tay QTTB tập 1 – trang 172 vF (%) t0C (J/kgđộ) 15 30 3938,4 13 89,6 4081,713 12 91,5 4093,704 11 93,3 4104,07 10 94,8 4114,59  Nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra :nhiệt dung riêng của dòng sản phẩm đỉnh Nội suy theo bảng I.154 – Sổ tay QTTB tập 1 – trang 172 vD (%) t0C (J/kgđộ) 82 78,3 3403,54 86 85,8 3448,12 74 88,8 3580,2 65 90,4 3668,13 58,5 92,2 3733,455  Nhiệt lượng do dòng sản phẩm đáy mang ra :nhiệt dung riêng của dòng sản phẩm đáy Nội suy theo bảng I.154 – Sổ tay QTTB tập 1 – trang 172 vW (%) t0C (J/kgđộ) 13 89,6 4081,713 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 21 12 91,5 4093,704 11 93,3 4104,07 10 94,8 4114,59 8 96,4 4131,096  Nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt toàn tháp.Ta có: Trong đó :  Qm : nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh và thường được lấy gần bằng khoảng 5% đến 10% lượng nhiệt cần cung cấp. Chọn :  Qng : nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ Trong đó: G: lưu lượng khối lượng dòng giải nhiệt.Quy đổi đơn vị từ l/s sang kg/h. : khối lượng riêng của nước giải nhiệt (kg/m3) Tra theo bảng I.5 – sổ tay QTTB tập 1 – trang 11 C:nhiệt dung riêng của nước giải nhiệt. (J/kgđộ) Tra theo bảng I.147 – sổ tay QTTB tập 1 – trang 165 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 22 Từ (1),(2) và (3) suy ra:  Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh  Nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ Các số liệu sau xử lý tương tự như trên ta thu được bảng kết quả 3. Bảng kết quả tính toán và đồ thị minh họa Bảng thành phần cân bằng lỏng – hơi và nhiệt độ sôi của hai cấu tử Etanol – H2O ở 760mmHg x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 0 33.2 44.2 53.1 57.6 61.4 65.4 69.9 75.3 81.8 89.8 100 t0C 100 90.5 86.5 83.2 81.7 80.8 80 79.4 79 78.6 78.4 78.4 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 23 Kết quả tính toán cân bằng vật chất STT xF kg/kg kg xD kg/kg kg kg/kg kg kg 1 0.052 0.122 4.904 0.585 0.782 0.079 0.111 4.825 0.0162 2 0.044 0.106 3.964 0.655 0.829 0.134 0.080 3.831 0.0343 3 0.040 0.097 3.601 0.468 0.692 0.143 0.073 3.459 0.0404 4 0.037 0.089 3.354 0.364 0.594 0.133 0.068 3.220 0.0405 5 0.033 0.081 3.128 0.303 0.527 0.111 0.064 3.018 0.0360 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 24 Kết quả tính toán cân bằng năng lượng STT G kg/h Qng kJ QF kJ QD kJ QW kJ QK kJ Qm kJ 1 0.0830 114.9848 579.3642 1764.4884 21.0192 1436.0088 114.8807 2 0.0830 2.4163 1449.7741 1434.8134 39.5333 29.3357 2.3469 3 0.0830 2.1672 1348.9483 1324.4155 45.2938 24.9219 1.9938 4 0.0830 1.8093 1284.0706 1256.1210 44.1536 19.5795 1.5664 5 0.0830 2.0950 1220.2090 1201.7723 38.0396 23.5847 1.8868 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 25 4. Bàn luận SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 26 BÀI SỐ 3:TĨNH 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: 2.1. 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 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 27 phòng sấy không khí tiếp xúc với vật liệu, cấp nhiệt cho nước trong vật liệu bốc hơi ra ngoài. 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. 2.2. 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. 2.3. 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: SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 28 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) SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 29 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 2.4 Mô hình thí nghiệm: A. Quạt hướng trục B. Điện trở gia nhiệt (Caloriphe) C. Cân D. Bộ điều khiển nhiệt lượng điện trở cung cấp E. Bộ điều chỉnh tốc độ quạt F. Thì kế G. Lưu tốc kế SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 30 Tu. Nhiệt kế bầu ướt Ts. Nhiệt kế bầu khô 2.5 Các bước tiến hành thí nghiệm: Bật công tắc tổng → xác định G0, mang đi làm ẩm → đổ nước vào chỗ đo nhiệt độ bầu ướt, ghi các giá trị bầu khô, bầu ướt tại thời điểm ban đầu → điều chỉnh tốc độ quạt, chờ phòng sấy khô → cài đặt các mức nhiệt lượng của điện trở → khi ổn định (10 phút) thì bắt đầu tiến hành thí nghiệm → ghi các giá trị: chỉ số cân, nhiệt độ bầu khô, bầu ướt trong phòng sấy (tại thời điểm ban đầu và sau mỗi 15 phút) → dừng thí nghiệm (khi khối lượng vật liệu không đổi sau 3 lần cân) → chuyển các nút điều chỉnh về trạng thái 0, đóng công tắc tổng Tiến hành thí nghiệm ở các mức điện trở 3, 5, 7, tốc độ quạt 4, 6, 8 theo bảng số liệu 3 Báo cáo thí nghiệm: 1. Kết quả thí nghiệm Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối: G0 = 0,089kg STT Điện trở Quạt Điểm 0 Điểm1 Điểm 2 Gd (kg) Gc (kg) (m/s) tk(0C) tu(0C) tk(0C) tu(0C) tk(0C) tu(0C) 1 3 6 32 27 33 27.7 33 29 0.2274 0.2178 3.75 2 5 6 36 28 35.7 30.5 0.217 0.2022 3.92 3 7 6 39.8 29 39 32 0.2152 0.1938 3.88 4 5 4 37 27 31.5 36 0.195 0.184 3.55 5 5 8 31 27 35.5 28.5 0.1745 0.156 4.38 2. Xử lý số liệu 3. Bảng kết quả tính toán Tính cân bằng vật chất và năng lượng. STT (Kg/kg) (Kg/kg) W (Kg) Lý thuyết Thực tế Llt(kg) Qlt(kJ) Lth(kg) Qth(kJ) SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 31 1 1.555056 1.447191 0.0096 3.84 30.72 3.36 26.88 2 1.438202 1.27191 0.0148 4.228571 63.42857 3.664762 54.97143 3 1.417978 1.177528 0.0214 7.37931 140.2069 5.437387 103.3103 4 1.191011 1.067416 0.011 3.666667 44 3.361111 40.33333 5 0.960674 0.752809 0.0185 6.166667 43.16667 5.285714 37 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 32 4. Bàn luận + So sánh biến đổi lượng không khí khô sử dụng của quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế. Nhiệt độ khô và nhiệt độ ướt thu được từ hai lần thí nghiệm kế nhau có độ biến thiên nhỏ làm cho việc tra H - trở nên khó khăn hơn mà lượng không khí khô lý thuyết phụ thuộc vào hàm ẩm của không khí trước khi vào máy sấy và sau khi ra khỏi máy sấy nên lượng không khí khô lý thuyết tăng đáng kể. So với lượng không khí khô thực tế thì lượng không khí khô lý thuyết lớn hơn nhiều, vì vậy quá trình sấy chưa đạt hiệu quả cao. + Đánh giá sự khác nhau giữa nhiệt lượng cần gia nhiệt của quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế. Nhiệt lượng cần gia nhiệt cho quá trình sấy lý thuyết lớn hơn so với nhiệt lượng cần gia nhiệt của quá trình sấy thực tế, điều này cho thấy quá trình sấy diễn ra không đạt hiệu suất 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 sấy thực tế. SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 33 Hàm nhiệt của không khí tăng theo thứ tự trước khi vào caloriphe, sau khi qua caloriphe và sau khí sấy. + Nêu các nguyên nhân tạo nên sự khác biệt của quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế. - Do giản đồ Ramzin H - quá nhỏ nên khi tra ta được H, không chính xác. - Thao tác tiến hành thí nghiệm. SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 34 BÀI SỐ 4:ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SẤY III. Mục đích thí nghiệm: IV. Lý thuyết thí nghiệm: V. Báo cáo thí nghiệm: 5. Kết quả thí nghiệm 1.1 Sấy ở mức điện trở R = 4 (400C) – G0 = 64 g  (ph) Gi(g) tư(0C) tk(0C) 0 153.8 28 33.8 3 149.2 26.9 33.8 6 144.2 26.9 33.8 9 136.8 26.5 33.8 12 133 26.5 33.8 15 128 26.5 33.8 18 124.6 26 33.8 21 120 26.5 33.8 24 113.6 26 33.8 27 107.2 26 33.8 30 100.8 26 33.8 33 96 26.2 33.8 36 92 26 33.8 39 86.2 26 33.8 42 86 26.1 33.8 1.2 Sấy ở mức điện trở R = 5 (500C) – G0 = 52 g  (ph) Gi(g) tư(0C) tk(0C) SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 35 0 154.6 28 34 3 147.6 26 34.5 6 141 26 34.5 9 133.6 26 35 12 128.4 26 35 15 120.6 25.9 35 18 114.8 26 35 21 108.8 26 35 24 102.6 26.3 35 27 98.2 26.5 35 30 94 26.2 35 33 89 26.1 35 36 83.6 26 35 39 79.8 26 35 42 75 26 35 45 73 26.1 35 48 70 26 35 51 67.2 26 35 54 65 26 35 57 64 27 35 60 62.2 27 35 63 61.4 27 35 66 61 27 35 1.3 Sấy ở mức điện trở R = 6 (600C) – G0 = 60 g  (ph) Gi (g) tư(0C) tk(0C) 0 135.6 28 34.5 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 36 3 131 27 35.8 6 124.2 27 35.8 9 118.8 27.1 36 12 111.4 27.2 36 15 105.4 27 36 18 99.4 27 36 21 93 27 36 24 80.6 27 35.5 27 74.2 27 35.2 30 68.4 27 35.2 33 64 27.1 35.5 36 64 27.1 35.5 6. Xử lý số liệu A. Sấy ở mức điện trở R = 4 (400C) – G0 = 64 g  Các thông số ban đầu - Diện tích bề mặt bay hơi: F = 2.3.0,2.0,3= 0,36 ( m2) - Khối lượng giấy lọc khô tuyệt đối: G0 = 64 g = 0,064 ( kg) - Bề mặt riêng khối lượng vật liệu: f = F/G0 = 0,36/0,064 = 5,625 (m2/kg). - Độ ẩm của giấy lọc: 0i 0 w .100(%)iG G G   . Gi là khối lượng vật liệu theo thời gian (g). - Vận tốc của không khí trong buồng sấy: vk = 11,3 (km/h) = (m/s) Bảng kết quả tính toán: STT 1 0 140.31 143.75 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 37 2 3 133.13 156.25 3 6 125.31 231.25 4 9 113.75 118.75 5 12 107.81 156.25 6 15 100.00 106.25 7 18 94.69 143.75 8 21 87.50 200 9 24 77.50 200 10 27 67.50 200 11 30 57.50 150 12 33 50.00 125 13 36 43.75 181.25 14 39 34.69 6.25 15 42 34.38 6.25 16 42 34.38 6.25 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 38  Đường cong tốc độ sấy  Xác định độ ẩm tới hạn và độ ẩm cân bằng SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 39 Độ ẩm tới hạn Wk: Thực nghiệm: Wk=125,31(%/) Lý thuyết: 1 140,31 34.38 112.33(%) 1,8 1,8k c WW W     Độ ẩm cân bằng: Wctn=34,38(%), Wclt=53,478(%)  Xác định áp suất hơi bão hòa Pb và áp suất hơi riêng phần Ph Tra theo giản đồ H - của L.K Ramzin – Sách QTTB tập 3 Truyền khối – NXB ĐHQG HCM – trang 271 .Ta có bảng kết quả tra sau: tk (0C) tứ (0C) Ph (mmHg) Pb (mmHg) 33.8 28 19 37.78 33.8 26.9 19 36.21 33.8 26.9 19 36.21 33.8 26.5 19 36.04 33.8 26.5 19 36.04 33.8 26.5 19 36.04 33.8 26 19 35.55 33.8 26.5 19 36.04 33.8 26 19 35.55 33.8 26 19 35.55 33.8 26 19 35.55 33.8 26.2 19 35.78 33.8 26 19 35.55 33.8 26 19 35.55 33.8 26.1 19 35.67 33.8 26.1 19 35.67 Vậy: SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 40  Xác định các thông số lý thuyết Xác định cường độ bay hơi ẩm Jm 2 0 760 1 760.( ). . . . 0,101753.(35.92 19). 1,722047( / . ) 100 760m m b h v J p p R N kg m h B        Với: m: Hệ số trao đổi ẩm (kg/m2.h.mmHg) Pb : Áp suất hơi ẩm trên bề mặt vật liệu và bằng áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ bầu ướt (mmHg). Ph : Áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí (mmHg). B : Áp suất trong phòng sấy, được lấy bằng với áp suất khí quyển (=760mmHg). 0 : Khối lượng riêng chất khô trong vật liệu (kg/m 3). Rv : tỷ số giữa thể tích và bề mặt vật liệu (m3/m2). N : tốc độ sấy đẳng tốc (%/h). Do quá trình là sấy đối lưu nên hệ số trao đổi ẩm có thể được xác định theo phương trình thực nghiệm: 0,8 0,8 20,04075. 0,04075.3,1389 0,101753( / . . ) km v kg m h mmHg    vk: tốc độ tác nhân sấy 3,1389(m/s) Xác định tốc độ sấy Thực nghiệm: NtN=81,39(%/h) SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 41 Lý thuyết: 0.36100. . 100.0,101753. 746,9119(% / ) 0.064lt m N J f h   Xác định hệ số K trong giai đoạn giảm tốc Trong đó Wc là độ ẩm cân bằng tìm được tại điểm N = 0 trên đường cong tốc độ sấy Thực nghiệm: 81,39 0,895(1/ ) 125,31 34,38 i TN k c NK h W W      Lý thuyết: 746,9119 8, 214(1/ ) 112,3314 53, 478 i LT k c NK h W W      Xác định thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc và giảm tốc Thực nghiệm: Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc: 1 1 140,31 125,31 0,184( ) 81,39 kqu TN W W h N       Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc: 2 2 1 1 140.21 34,38ln( ) ln( ) 0,6( ) 0,895 125,31 34,38 kqu c TN c W W h K W W         Thời gian sấy tổng cộng: 1 2 0,784( )h     Lý thuyết: Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc: 1 1 140.21 112.3314 0,037( ) 746,9119 kqu LT W W h N       Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc: 2 2 1 1 125.31 34.38ln( ) ln( ) 0.084( ) 8.214 112.3314 34.38 kqu c LT c W W h K W W         Thời gian sấy tổng cộng: 1 2 0.121( )h     B. Sấy ở mức điện trở R = 5 (500C) – G0 = 52 g SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 42 Các công thức tính toán được sử dụng như trên sấy ở 400C Với các bảng kết quả và đồ thị sau: STT 1 0 197.31 269.23 2 3 183.85 253.85 3 6 171.15 284.62 4 9 156.92 200.00 5 12 146.92 300.00 6 15 131.92 223.08 7 18 120.77 230.77 8 21 109.23 238.46 9 24 97.31 169.23 10 27 88.85 161.54 11 30 80.77 192.31 12 33 71.15 207.69 13 36 60.77 146.15 14 39 53.46 184.62 15 42 44.23 76.92 16 45 40.38 115.38 17 48 34.62 107.69 18 51 29.23 84.62 19 54 25.00 38.46 20 57 23.08 69.23 21 60 19.62 30.77 22 63 18.08 15.38 23 66 17.31 15.38 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 43 Bảng tra áp suất: tk (0C) tứ (0C) Ph (mmHg) Pb (mmHg) 34 28 23.77 37.78 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 44 34.5 26 24.1 35.55 34.5 26 24.1 35.55 35 26 24.44 35.55 35 26 24.44 35.55 35 25.9 24.44 35.49 35 26 24.44 35.55 35 26 24.44 35.55 35 26.3 24.44 35.83 35 26.5 24.44 35.89 35 26.2 24.44 35.78 35 26.1 24.44 35.67 35 26 24.44 35.55 35 26 24.44 35.55 35 26 24.44 35.55 35 26.1 24.44 36.67 35 26 24.44 35.55 35 26 24.44 35.55 35 26 24.44 35.55 35 27 24.44 36.37 35 27 24.44 36.37 35 27 24.44 36.37 35 27 24.44 36.37 C. Sấy ở mức điện trở R = 6 (600C) – G0 = 60 g Các công thức tính toán được sử dụng như trên sấy ở 400C Với các bảng kết quả và đồ thị sau: STT SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 45 1 0 126.00 153.33 2 3 118.33 226.67 3 6 107.00 180.00 4 9 98.00 246.67 5 12 85.67 200.00 6 15 75.67 200.00 7 18 65.67 213.33 8 21 55.00 413.33 9 24 34.33 213.33 10 27 23.67 193.33 11 30 14.00 146.67 12 33 6.67 146.67 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 46 Bảng tra áp suất: tk (0C) tứ (0C) Ph (mmHg) Pb (mmHg) 34.5 28 24.1 37.78 35.8 27 25.89 36.37 35.8 27 25.89 36.37 36 27.1 26.22 36.56 36 27.2 26.22 36.62 36 27 26.22 36.37 36 27 26.22 36.37 36 27 26.22 36.37 35.5 27 25.64 36.37 35.2 27 25.57 36.37 35.2 27 25.57 36.37 35.5 27.1 25.64 36.56 7. Bảng kết quả tính toán thông số động học: SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 47 Thông số 400C (Mức 3) 500C (Mức 5) 600C (Mức 7) 125.31 146.92 55 112.33 126.93 76.67 34.38 17.31 6.67 53.48 26.925 10.3737 (0C) 26.39 26.309 27.11667 (0C) 33.8 34.913 35.625 Pb (mmHg) 35.924 35.8778 36.54 Ph (mmHg) 19 24.3813 25.7833 (kg/m2.h.mmHg) 0.101753 0.101753 0.101753 Jm (kg/m2h) 1.722047 1.169809 1.094526 Nlt (%/h) 746.912 507.3869 474.7342 Ntn (%/h) 81.39 157.19 211.11 Klt (1/h) 8.214 3.9147 9.82276 Ktn (1/h) 0.895 1.213 4.638 (h) 0.037 0.1387 0.1039 (h) 0.184 0.32056 0.3363 (h) 0.084 0.3082 0.0717 (h) 0.6 0.724 0.814 (h) 0.121 0.4469 0.1756 (h) 0.784 1.04456 1.1503 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 48 8. 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 do hàm ẩm của vật liệu giảm đều theo thời gian. + Ở giai đoạn giảm tốc: Đường cong sấy chuyển từ đường thẳng sang đường cong, sự giảm không đều nhau. Hàm ẩm giảm theo nhiệt độ, ở 600C là thấp nhất rồi ở 500C và ở 400C hàm ẩm cuối cao nhất, do nhiệt độ sấy khác nhau, nhiệt độ càng cao thì khả nang bay hơi càng cao, vật liệu càng khô. - Đường cong tốc độ sấy: + Ở giai đoạn đẳng tốc: Đường cong tốc độ sấy là một đường thẳng song song với trục x của đồ thị. Giá trị của N ở 600C là cao nhất. Do N là tốc độ sấy, mà tốc tốc độ sấy càng tăng khi nhiệt độ tăng. Nhưng ở đây tốc độ sấy ở 400C và 500C lại bằng nhau là do quá trình tiến hành thí nghiệm có sai sót. + Giai đoạn giảm tốc: Giá trị Wk giảm dần theo nhiệt độ, nhiệt độ càng cao giá trị Wk càng giảm. Do nhiệt độ càng cao thì khả năng bay hơi của vật liệu càng cao nên giá trị Wk càng giảm khi nhiệt độ tăng. 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 nhưng trong quá trình tính toán thì không như vậy, khi tính toán nhiệt độ càng cao thì thời gian sấy càng tăng, do trong quá trình làm thí nghiệm có sai sót. Nhưng thời gian sấy lý thuyết thì dài hơn thực nghiệm. + Các sai sót khi làm thí nghiệm dẫn đến nhiệt độ càng tăng thì thời gian sấy càng dài: - Khi bắt đầu sấy thì độ ẩm ban đầu của vật liệu không đều nhau. - Khi kết thúc quá trình sấy thì khối lượng cuối cùng của vật liệu cũng không đều nhau, đúng ra ở 3 nhiệt độ sấy khác nhau thì kối lượng vật liệu cuối cùng phải SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 49 bằng nhau, nhưng do trong quá trình làm thí nghiệm thì nhiệt độ sấy càng cao thì khối lượng cuối cùng nhỏ. Hay nói chính xác là trong quá trình sấy thì vật liệu chưa khô hoàn toàn. - Độ chênh lệch nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ít thấp. * Đối với từng loại vật liệu và yêu cầu đòi hỏi của vật liệu đó mà ta có chế độ nhiệt độ thích hợp cho quá trình sấy. Có những vật liệu đòi hỏi độ ẩm của vật liệu thấp thì sấy ở nhiệt độ cao sẽ thuận lợi hơn, do thời gian sấy sẽ ngắn hơn. Có những vật liệu cần độ ẩm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp lợi có lợi hơn, tuy thời gian sấy dài. 3. Nguyên nhân dẫn đến sai số trong thí nghiệm và tính toán. + Khoảng thời gian giữa 2 lần cân không đều nhau. + Cân không chính xác do khối lượng vật liệu giảm liên tục. + Thiết bị trong phòng thí nghiệm quy mô còn nhỏ và có hư hỏng. SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 50 BÀI SỐ 5:CHƯNG LIÊN TỤC I. Mục đích thí nghiệm: Qúa 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 liêu  Lưu lượng dòng chuyển động trong tháp chưng  Chỉ số hồi lưu II. Lý thuyết thí nghiệm: 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: SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 51 2. Cân bằng năng lượng Cân bằng nhiệt lượng 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 :,, WDF PPP CCC nhiệt lượng riêng của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, J/kg.độ. WDF ttt ,, : nhiệt độ của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, 0C. Dr : 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: ____ ___ ... DxWxFx DWF WF    Dng rDQ . _  WPW tCWQ R .. _  DPD tCDQ D ..   FPF tCFQ F ..   mvrDSPDng QttCGttCDrDQ DD   ).(.).(.. _ mvrDng QttCGrDQ  ).(.. _ SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 52 Trong đó: rv tt , : 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 DS t : nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, 0C 3. Mô hình chưng cất Hệ thống chưng cất 7 mâm xuyên lỗ 4. Tiến hành thí nghiệm - Pha trộn cồn 20 độ - Mở công tắc chính , mở hệ thống nước giải nhiệt.mở công tắc tổng SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 53 - Mở van nhập liệu tối đa khi lượng lỏng trong bình đã đủ thì ngừng bơm - Mở điện trở nồi đun - Mở máy tính thiết lập lưu lượng dòng chảy và cài giá trị áp suất - Chuyển công tắc sang chế độ “Reflux” để ổn định khoảng 30-45’ - Khi ổn định ta chuyến sang chế độ “draw off” sau đó xác định Rmin và nhiệt độ sôi nhập liệu - Khi nhiệt độ nhập liệu gần bằng nhiệt độ sôi của nhập liệu mở bơm nhập liệu mở van thu sản phẩm đỉnh và đáy - Sau 10’ đo nồng đọ sản phẩm đỉnh và đáy và lần lượt cai R lần lượt băng 1.75;2;2.25;2.5;275;3. III. Báo cáo thí nghiệm: 1. Kết quả thí nghiệm Bảng kết quả thí nghiệm nồng độ và năng suất: STT VF(%) VF(l/h) R VD(%) Vw(l/s) G(L/s) VF(%) VF(%) 1 20 6 5.184 92 0.222 0.0833 38.6144 38.6144 2 20 6 6.048 97 0.261 0.0833 41.3184 41.3184 3 20 6 6.912 98 0.296 0.0833 42.0192 42.0192 4 20 6 7.776 98.5 0.437 0.0833 42.5548 42.5548 5 20 6 8.64 96 0.543 0.0833 41.5624 41.5624 6 20 6 9.504 96.5 0.3 0.0833 41.7908 41.7908 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 54 Bảng kết quả thí nghiệm nhiệt độ T2 0C: Nhiệt độ sản phẩm đáy. T5 0C: Nhiệt độ sản phẩm đỉnh. T7 0C: Nhiệt độ dòng giải nhiệt vào. T8 0C: Nhiệt độ dòng giải nhiệt ra. 2. Xử lý số liệu STT T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 1 94.1 90.7 78.3 78.1 83.8 68 29.5 31.1 2 94.8 91.5 74.8 78.1 87.4 67 29.6 33.9 3 95.3 91.4 78.4 78.1 87.4 60.2 29.6 33.8 4 95.5 88.4 78.3 78.1 88.6 55.2 29.6 33.7 5 96 89.4 78.3 78.1 77.3 57 29.6 32.8 6 97 93.3 80 78.1 77.3 59.1 29.6 32.8 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 55 2 6 20% 6 80% .1000 292,75 / 46 18 0, 2 46 0,0892 0,2 0,81 46 18 F R F F F F H O F mol h x Mx x x M M              2 92 46 0,818 92 81 46 18 D R D D D F H O x Mx x x M M      2 4 46 0,02436 4 961 46 18 W R W W W F H O x Mx x x M M      . . . 292,75 0,818 0,02436 0,0892 292,75 23,92 268,8 D W F D W F D x W x F x D W D W D W                 Đường cất: 5,184 0,818 0,83829 0,132 1 1 5,184 1 5,184 1 DxRy x x x R R           Đường chưng: 292,75 292,755,184 1 1 23,92 23,92 0,02436 2,817 0,044 1 1 5,184 1 5,184 1w L R Ly x x x x R R                FL D  , lượng hỗn hợp nhập liệu so với sản phẩm đỉnh. Cân bằng năng lượng 3. Bảng kết quả tính toán và đồ thị minh họa SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 56 Bảng thành phần cân bằng lỏng – hơi và nhiệt độ sôi của hai cấu tử Etanol – H2O ở 760mmHg x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 0 33.2 44.2 53.1 57.6 61.4 65.4 69.9 75.3 81.8 89.8 100 t0C 100 90.5 86.5 83.2 81.7 80.8 80 79.4 79 78.6 78.4 78.4 Bảng 1 STT XF F XD XW 1 0.0892 292.75 0.818 0.02436 2 0.0892 292.75 0.927 0.00792 3 0.0892 292.75 0.95 0.005923 4 0.0892 292.75 0.963 0.003937 5 0.0892 292.75 0.904 0.01196 6 0.0892 292.75 0.915 0.01196 Cân bằng vật chất SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 57 STT R F D W 1 5.184 292.75 23.92 268.8 2 6.048 292.75 25.89 266.86 3 6.912 292.75 25.823 266.926 4 7.776 292.75 26.026 266.72 5 8.64 292.75 25.349 267.4 6 9.504 292.75 25.04 267.7 STT R Đường làm việc phần chưng Đường làm việc phần cất 1 5.184 y=2.817x-0.044 y=0.838292x+0.133 2 6.048 y=2.462x-0.012 y=0.897x+ 0.131 3 6.912 y=2.306x-0.008 y=0.873x+0.12 4 7.776 y=2.167x-0.005 y=0.886x+0.109 5 8.64 y=2.094x-0.013 y=0.896+0.093 6 9.504 y=2.018x-0.012 y=0.905x+0.00012 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 58 STT G (l/h) Qng QF QW QD QIID QIIW QK Qm 1 300 769.26 18,449.8 1 22,635.0 3 1,742.72 127.50 1,721.18 6,088.37 304.42 2 300 1,633.1 3 18,178.4 9 22,669.8 7 1,886.25 225.16 1,015.35 7,282.52 364.13 3 300 1,684.6 7 16,333.5 1 22,650.7 0 1,881.37 224.58 990.83 8,984.75 449.24 4 300 1,681.2 0 14,976.9 0 21,890.3 3 1,896.16 255.55 49.50 9,537.08 476.85 5 300 1,389.4 4 15,465.2 8 22,194.4 0 1,846.84 18.96 3,002.58 9,059.45 452.97 6 300 1,407.7 1 16,035.0 5 23,188.6 0 1,824.32 18.73 3,974.81 9,441.43 472.07 Thí nghim 1 Ru Etylic Thí nghiệm 1 Rượu Etylic SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 59 Thí nghiệm 2 Rượu Etylic Thí nghiệm 3 Rượu Etylic SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 60 Thí nghim 5 Ru Etylic í n hiệ ượ SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 61 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 62 4. Bàn luận 1. Bàn về ảnh hưởng của dòng hoàn lưu đến độ tinh khiết của sản phẩm và hiệu suất mâm và hiệu suất tổng quát của cột chưng cất. - Dòng hoàn lưu càng nhiều thì độ tinh khiết của sản phẩm càng cao, vì dòng hoàn lưu sẽ nhập trở lại vào phần nhập liệu, vì vậy dòng hoàn lưu càng nhiều thì độ tinh khiết của nguyên liệu ban đầu càng cao, mà độ tinh khiết của nguyên kiệu càng cao thì độ tinh khiết của sản phẩm sẽ càng cao. Nhưng dòng hoàn lưu càng nhiều thì thời gian chưng cất sẽ càng dài, độ tinh khiết càng cao. - Dòng hoàn lưu càng nhiều thì số bậc thang tính được càng ít hay số mâm lý thuyết càng ít, dẫn đến hiệu suất tổng quát càng thấp. Do dòng hoàn lưu có liên quan tới chỉ số hoàn lưu, mà chỉ số hoàn lưu càng tăng thì số bậc thang càng ít. Mà chỉ số bậc thang càng ít thì hiệu suất tổng quát càng ít. - Dòng hoàn lưu càng tăng thì chỉ số hoàn lưu càng tăng do: x LoR = D . Khi dòng hoàn lưu Lo tăng thì D giảm do đó khi Lo tăng thì RX tăng. - Số bậc thang càng ít thì hiệu suất càng giảm do số bậc thang và hiệu suất tổng quát tỷ lệ thuận với nhau. 2. Bàn về ảnh hưởng của vị trí mâm nhập liệu trên độ tinh khiết và hiệu suất mâm. Do trong quá trình tiến hành thí nghiệm do có sai sót nên không có kết luận rõ ràng về ảnh hưởng của vị trí mâm nhập liệu lên độ tinh khiết của sản phẩm. 3. Những ứng dụng chưng cất trong công nghiệp, thiết bị chưng cất trong thực tế và mô hình thí nghiệm. Trong thực tế ứng dụng của thiết bị chưng cất là tách các cấu tử dễ bay hơi dựa vào độ chênh lệch của nhiệt độ bay hơi. Như để chưng cất các sản phẩm cồn…