Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
BÀI 5. QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

BÀI 5. QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

Tải bản đầy đủ - 0trang

- Dung dịch cho vào một lần rồi cho bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bị giảm dần

cho đến khi nồng độ đạt yêu cầu.

- Dung dịch cho vào ở mức ổn định, cho bốc hơi đồng thời bổ sung dung dịch mới

liên tục vào để giữ múc chất lỏng không đổi cho đến khi nồng độ đạt yêu cầu, sau đó tháo

dung dịch làm sản phẩm và thực hiện một mẻ mới.

2.3. Cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng.

2.3.1. Nồng độ.



Nồng độ được sử dụng trong quá trình được xác định là khối lượng của chất tan so với

khối lượng của dung dịch, được biểu diễn dưới dạng:

= ()

Ngồi ra nồng độ còn được xác định là khối lượng chất tan trong thể tích dung dịch,

được biểu diễn dưới dạng:

= ()

Mối liên hệ giữa hai nồng độ này như sau:

=

Với pdd là khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3)

2.3.2. Cân bằng vật chất.



Phương trình cân bằng vật chất tổng quát:

Lượng chất vào + lượng chất phản ứng = Lượng chất ra + lượng chất tích tụ

Đối với q trình cơ đặc:

- Khơng có lượng tích tụ.

- Khơng có phản ứng hóa học nên khơng có lượng phản ứng.

Do đó phương trình cân bằng vật chất được viết lại:

52



Lượng chất vào = Lượng chất ra

Đối với chất tan

Khối lượng chất tan vào = Khối lượng chất tan ra



Đối với hỗn hợp

Khối lượng dung dịch ban đầu = Khối lượng dung dịch còn lại + khối lượng hơi thứ



Chú thích:

Gđ Khối lượng dung dịch ban đầu trong nồi đun (kg)

Nồng độ ban đầu của chất tan trong nồi đun (kg/kg)

Gc Khối lượng dung dịch còn lại trong nồi đun (kg)

Nồng độ cuối cùng của chất tan trong nồi đun (kg/kg)

GW Khối lượng dung môi bay hơi (kg)

2.3.3. Cân bằng năng lượng



Phương trình cân bằng năng lượng tổng quát:

Năng lượng mang vào = Năng lượng mang ra + Năng lượng thất thốt

Để đơn giản trong tính tốn, chúng ta coi như khơng có năng lượng thất thốt.

Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình



Năng lượng dung dịch nhận được

53



Đối với giai đoạn bốc hơi dung môi

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình



Năng lượng nước nhận được để bốc hơi



Cân bằng năng lượng tại thiết bị ngưng tụ



Chú thích:

Qk1 Nhiệt lượng nồi đun cấp cho q trình đun nóng (J)

Q1 Nhiệt lượng dung dịch nhận được (J)

Qk2 Nhiệt lượng nồi đun cấp cho q trình hóa hơi dung môi (J)

Q2 Nhiệt lượng nước nhận được để bốc hơi (J)

Qng Nhiệt lượng nước giải nhiệt nhận được ở thiêt bị ngưng tụ (J)

P1 Công suất điện trở nồi đun sử dụng cho q trình đun nóng (W)

P2 Cơng suất điện trở nồi đun sử dụng cho q trình hóa hơi (W)

τ1 Thời gian thực hiện q trình đun sơi dung dịch (s)

τ2 Thời gian thực hiện q trình hóa hơi (s)

iw Hàm nhiệt của hơi nước thoát ra trong q trình ở áp suất thường (J/kg)

rw Ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất thường (J/kg)

54



T1 Nhiệt độ nồi đun (oC)

T3 Nhiệt độ nước giải nhiệt vào thiết bị ngưng tụ (oC)

T5 Nhiệt độ chất tải lạnh ra khỏi thiết bị ngưng tụ (oC)

Vdm Thể tích dung mơi ngưng tụ (m3)

Nồng độ dung dịch CuSO4 (gam/lít)

ρnước Khối lượng riêng của nước (kg/m3)

Vnước Lưu lượng nước vào thiết bị ngưng tụ (m3/s)

Cnước, Cp Nhiệt dung riêng của nước, dung dịch (J/kg.độ)

3. Mơ hình thí nghiệm.

3.1. Sơ đồ hệ thống.



3.2. Trang thiết bị, hóa chất

55



- Dung dịch đồng sulphate.

- Cân phân tích và ống đong (100ml) dùng để xác định khối lượng riêng của dung dịch.

- Máy đo độ hấp thu A dùng để xác định nồng độ (g/l) của dung dịch thong qua đường

chuẩn bên dưới.



4. Tiến hành thí nghiệm

4.1. Chuẩn bị thí nghiệm.

4.1.1. Kiểm tra các hệ thống phụ trợ.



- Bậc công tắc nguồn cấp cho tủ điện

- Kích hoạt bộ điều khiển , cơng tắc đèn hiển thị ánh sáng trắng

- Kích hoạt mơ hình thí nghiệm, lúc này đèn xanh sáng

- Bộ hiển thị số được cấp điện

- Mở van cung cấp nước giải nhiệt

- Kiểm tra ống nhựa dẫn nước giải nhiệt đầu ra đúng nơi quy định

- Mở van V9

56



- Kiểm tra áp suất của hệ thống đạt được 1 bar

- Mở van V6 để lưu thông nước trong thiết bi ngưng tụ

4.1.2. Kiểm tra mơ hình thiết bị.



- Nồi đun và thiết bị kết tinh được tháo hết và sạch

- Các van thoát được đóng : V2, V5, V8

- Thùng chứa dung dịch cô đặc phải rỗng và sạch

- Các van V3, V4 đóng

4.1.3. Chuẩn bị dung dịch.



- Chuẩn bị 8 lít dung dich CuSO4

- Xác định nồng độ dung dịch (g/l)

- Xác định khối lượng riêng của dung dich

4.2. Tiến hành thí nghiệm



4.2.1. Giai đoạn đun sôi dung dich.

- Cho dung dich vào nồi đun khoảng 7-8 lit còn lai cho vào thùng chứa.

- Khóa van V1, VP1.

- Kích hoạt bộ gia nhiệt, điều chỉnh công suất nhiệt 100%.

- Chỉnh lưu lượng nước cho thiết bị ngưng tụ.

- Quan sát nhiệt độ đầu vào và ra của nước giải nhiệt và ghi chú.

- Đo nhiệt độ của dung dịch trong nồi đun từ đầu đến sôi.

4.2.2. Giai đoạn bốc hơi dung môi.



- Mở van VP1.

57



- Giảm nhẹ công suất gia nhiệt giữ ổn định giữa TI3 va TI5.

- Ghi nhận thời gian từ lúc bắt đầu đến khi ngưng tụ được 2l thì quá trình dừng.

- Đo nhiệt độ nước giải nhiệt vào và ra khỏi thiết bị.

- Quan sát và ghi nhận nhiệt độ dung dich trong nồi đun.

- Đo nồng độ và xác định khối lượng riêng dung dịch khi kết thúc q trình.

4.2.3. Kết thúc thí nghiệm.



- Tắt W1.

- Khóa van VP1.

- Đợi dung dich trong nồi đạt 30 độ C.

- Khóa van nguồn nước giải nhiệt cho thiết bi ngưng tụ ECH1.

- Tháo hết dung dich trong nồi đun qua van V2.

- Tháo dung mơi trong bình chứa hơi thứ.

5. Kết quả thí nghiệm.

Nhập liệu V0 = 7 (lít)

Giai

đoạn



(phút)



T1

T3

T5

O

O

( C) ( C) ( C)



Đun sơi



0



35.5



Bốc hơi



27



99.8 29.9 38.4



0



Kết thúc



116



99.8 29.9



2



Vdm



O



30



30



0



39



6. Xử lý số liệu.

6.1. Cân bằng vật chất và năng lượng.

Khối lượng riêng CuSO4: = 1.10166 (g/l).

58



V1

10

0

10

0

10

0



Khối lượng

riêng (g/ml)

1.022

1.022

1.072



W

200

0

150

0

150

0



Nồng độ

(g/l)

16.9

16.9

28.38



Khối lượng dung dịch ban đầu trong nồi đun:

Gđ = V0.d = 71.10166 = 7.1162 (kg).

Nồng độ ban đầu của chất tan trong nồi đun:

= = = 15.340 (kg/kg).

Nồng độ cuối cùng của chất tan trong nồi đun:

= = = 25.761 (kg/kg).

6.1.1. Cân bằng vật chất.



Đối với chất tan

Khối lượng chất tan vào = Khối lượng chất tan ra

Gđ = G c

=> Gc = = = 4.238 (kg).

Đối với hỗn hợp

Khối lượng dung dịch ban đầu = Khối lượng dung dịch còn lại + khối lượng hơi thứ

Gđ = G c G W

=> GW = Gđ – Gc = 7.1162 – 4.238 = 2.8782 (kg) (lý thuyết)

6.1.2. Cân bằng năng lượng.



Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch:

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình:

Qk1 = P1 = 2000 27 60 = 3240 (kJ)

Năng lượng dung dịch nhận được:

T3 = 30 (OC) => = 4.180 (kJ/kg.K)

59



CP = Cnước (1 – ) = 4.180 (1 – ) = 3.539 (kJ/kg.K)

Q1 = Gđ CP (Tsdd – Tđ) = 7.1162 3.539 (99.8 – 35.5) = 1619.346 (kJ)

Năng lượng thất thoát ra môi trường:

Qtt = Qk1 – Q1 = 3240 – 1618.346 = 1621.654 (kJ)

Đối với giai đoạn bốc hơi dung dịch:

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình:

Qk2 = P2 = 1500 116 60 = 10440 (kJ)

Năng lượng nước nhận được để bốc hơi:

T1 = 99.8 (OC) => iW = 639 kcal/kg = 2677.41 (kJ/kg)

Q2 = GW iW = 2.8782 2677.41 = 7706.121 (kJ)

Năng lượng thất thoát ra môi trường:

Qtt = Qk2 – Q2 = 10440 – 7706.121 = 2733.879 (kJ)

Cân bằng lượng nhiệt tại thiết bị ngưng tụ:

rW = iW – Cn tn = 2677.41 – 4.19 100 = 2258.41 (kJ/kg)

Qng = GW rW = Vnước Cnước (Tr – Tv)

<=> GW 2258.41 = 0.000028 1000 4.180 (39 – 30) 11660

=> GW = 3.246 (kg) (thực tế)

Với: Vnước = 100 l/h = 0.000028 m3/s

ρnước = 1000 kg/m3

Cnước = 4.180 kJ/kg.độ

Hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ

60



6.2. Nhận xét



- Năng lượng thất thốt ra mơi trường khá lớn. Do đó năng lượng do nồi đun cung cấp

(thực tế) luôn lớn hơn năng lượng do dung dịch hay dung môi nhận được (lý thuyết).

- Thiết bị thực hành chủ yếu để quan sát, khơng có bộ phận cách nhiệt nên lượng nhiệt

thất thốt ra ngồi là rất lớn và rất khó tính tốn chính xác cân bằng năng lượng.

- Khối lượng dung môi bay hơi thực tế lớn hơn khối lượng dung mơi lý thuyết, điều này

có thể giải thích rằng do cấu tạo của thiệt bị cơ đặc. Do đó lượng dung mơi có thể đọng lại

trong đường ống.

- Nhiệt độ trong nồi đun ở giai đoạn bốc hơi luôn không đổi do điện trở luôn ở độ lớn

khơng đổi cho đến khi kết thúc q trình (W = const).

7. Tài liệu tham khảo.

[1]. Phạm Xuân Toản, Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất và thực phẩm, tập 3: Các

quá trình và thiết bị truyền nhiệt, NXB KHKT, 2013.

[2]. Phạm Văn Bơn, Q trình và thiết bị cơng nghệ hóa học & thực phẩm, Tập 5: Quá trình

và thiết bị truyền nhiệt, quyển 1: Truyền nhiệt ổn định, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM,

2006.

[3]. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên, Sổ tay quá trình và thiết bị cơng nghệ

hóa chất, tập 1,2. NXB Khoa học kỹ thuật, 2013.



61



BÀI 6. SẤY ĐỐI LƯU

1. Mục đích thí nghiệm.

Thí nghiệm 1: Khảo sát về tĩnh lực học quá trình sấy đối lưu trong thiết bị sấy bằng

khơng khí nhằm:

- Xác định sự biến đổi thơng số vật lý khơng khí ẩm và thành phẩn vật liệu sấy

của q trình sấy.

- Xác định lượng khơng khí khơ cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá

trình sấy.

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

thuyết.

Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học quá trình sấy đối lưu trong thiết bị sấy bằng khơng

khí nhằm:

- Xây dựng đường cong sấy.

- Xây dựng đường cong tốc độ sấy.

- Xác định độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy.

2. Cơ sở lí thuyết.

2.1. Nguyên lý q trình sấy bằng khơng khí.



Trong q trình sấy nếu dùng tác nhân sấy là khơng khí thì gọi là sấy bằng khơng khí.

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

nếu gặp trường hợp bổ sung nhiệt tổn thất cũng coi như là sấy lý thuyết.



62



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

BÀI 5. QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×