BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ BÀI CÔ ĐẶC
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (142.3 KB, 7 trang )
BÀI 3:
Q TRÌNH CƠ ĐẶC
I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mục đích thí nghiệm
Khảo sát hoạt động và tính hiệu suất của một thiết bị cơ đặc loại nồi hai vỏ có cánh
khuấy, dung dịch để tiến hành cô đặc là nước đường, q trình cơ đặc được thực hiện ở áp
suất chân không.
1
2
1
-
Cơ sở lý thuyết
Cân bằng vật liệu trong hệ thống cơ đặc 1 nồi
Xét hệ thống một nồi
Trong đó:
Gđ – Khối lượng nguyên liệu, [kg]; kg/s
Gc – Khối lượng sản phẩm, [kg]; kg/s
W – Lượng hơi thứ, [kg]; kg/s
xd – Nồng độ chất khô trong nguyên liệu, [phần khối lượng]
xc – Nồng độ chất khô trong sản phẩm, [phần khối lượng]
Theo định luật bảo toàn vật chất
G đ = Gc + W
Bảo toàn khối lượng:
G đ .x đ = Gc .x c
Bảo tồn chất khơ:
Giải ra ta có:
Lượng hơi thứ:
x
W = Gđ 1 − đ
xc
Nồng độ sản phẩm cuối
xc =
G đ .x đ
G .x
= đ đ
Gc
Gđ − W
Cân bằng nhiệt lượng
Ký hiệu:
2
tđ : Nhiệt độ nguyên liệu, [độ]
tc ; Nhiệt độ sản phẩm, [độ].
tn : Nhiệt độ nước ngưng, [độ]
cđ : Nhiệt dung riêng nguyên liệu, [J/kg.độ]
cc : Nhiệt dung riêng sản phẩm, [J/kg.độ]
cn : Nhiệt dung riêng nước ngưng, [J/kg.độ].
i : Hàm nhiệt trong hơi đốt, [J/kg]
i’: Hàm nhiệt trong hơi thứ, [J/kg]
Qcđ : Tổn thất nhiệt cô đặc [độ].
∆q : Tổn thất nhiệt cô đặc riêng, [J/kg].
Qmt: Tổn thất nhiệt ra môi trường, [J].
Theo định luật bảo toàn nhiệt .
∑Q = ∑Q
v
r
Gđ.cđ.tđ + D.i = Gc.cc.tc + W.i’ + D.cn.tn + Qcđ + Qmt
Rút ra :
D=
W .i '+Gc .cc .t c − G đ .c đ .t đ + Qcđ + Qmt
i − cn t n
Lượng hơi đốt tiêu tốn :
Trong q trình tính tốn nhiệt có thể xem cc ≈ cđ
Tính bề mặt truyền nhiệt .
Theo phương trình truyền nhiệt Q = K.F.τ.∆hi = D.(i - cn.tn).
Trong đó :
Q: lượng nhiệt truyền, [J].
K: Hệ số truyền nhiệt,[ W/m2.độ].
F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt, [m2].
τ: Thời gian cô đặc,[s].
∆hi : Hiệu số nhiệt độ hữu ích , [đơ].
F=
D.( i − c n t n )
,
K .∆t hi
Rút ra bề mặt truyền nhiệt :
[m2]
Thiết bị thí nghiệm :
Dung dịch được cô đặc từng mẻ, nhập liệu một lần từ thùng chứa dung dịch đầu. Dung
dịch sôi trong buồng bốc hơi do nhiệt truyền từ nước nóng bên vỏ ngồi. Hơi thứ bốc lên từ
dung dịch sơi được dẫn qua thiết bị ngưng tụ ống xoắn để ngưng tụ thu hồi và định lượng.
Một bơm chân khơng loại vịng nước được sử dụng để tạo chân không cho hệ thống.
3
Hệ thống cơ đặc gồm các thiết bị chính sau:
Nồi cơ đặc hai vỏ có cánh khuấy.
Máy khuấy trộn
Thiết bị ngưng tụ ống xoắn.
Bình chứa nước ngưng.
Bơm chân khơng loại vịng nước.
Áp kế đo độ chân khơng.
Nhiệt kế điện tử.
Hệ thống điện
Xô nhựa chứa dung dịch đầu
3.1. Nồi cô đặc hai vỏ:
-
Nồi chứa dung dịch đường có đường kính D = 250mm, cao H = 500mm, bề dày δ =
5mm.
Nồi được chế tạo bằng thép không gỉ AISI304.
3.2. Thiết bị ngưng tụ ống xoắn:
Ống xoắn có đường kính Φ16 được quấn thành các vịng xoắn có đường kính D =
150mm. Ống xoắn được gia công bằng thép không gỉ AISI304.
3.3. Bơm chân không:
Hệ thống sử dụng bơm chân không loại vòng nước 1HP
I.
Kết quả :
Thời gian τ (phút)
Nồng độ dd đường ( Bx)
0
10
20
14
14,5
14,8
Lượng nước ngưng thu
được V(ml).
140
85
100
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
15
15,4
15,9
16,2
16,7
17,2
17,9
18,9
19,8
21,9
24,2
140
130
125
120
180
380
340
360
540
165
115
VI. Trình tự tính tốn:
Tính nồng độ phần khối lượng của dung dịch đường nhập liệu :
Sau khi pha dung dịch đuờng nhập liệu ta tiến hành đo nồng độ dung dịch đường bằng
Brix kế ta được Bxđầu, từ đó suy ra nồng độ phần khối lượng đường nhập liệu xđ.
VD: Dung dịch đuờng 15 Bx thì xđ = 0,15.
Tính khối lượng dung dịch đường nhập liệu
Ta tiến hành đo thể tích dung dịch đường nhập liệu ( Vđ). Gđ = Vđ.ρđ (kg).
ρđ : khối lượng riêng – tra dung dịch đường nhập liệu ở nhiệt độ phòng, ta được ρđ.
Ta có: Vđ= 5 (lít)
ρđ= 1057 (kg/m3)
mđường= 1(kg)
Gđ = Vđ.ρđ = 5.1057.10-3=5,285(kg).
Mà: Gđ= mđường+ mnước
mnước pha= Gđ - mđường = 5,285 – 1= 4,285 (kg)
= mnước ngưng + mnước còn lại
mnước còn lại = mnước pha – mnước ngưng = 4,285 – 2,92= 1,365 (kg)
( với mnước ngưng = W* = 2,92 (kg))
Tính lượng nước ngưng thực tế: W* = Vngưng. ρngưng ( kg)
Vngưng : Tổng thể tích nước ngưng thu được trong suốt quá trình thực nghiệm.
ρngưng : Khối lượng riêng nước ngưng ( kg/m3) (ρngưng = 995,68 ( kg/m3) nước ngưng tra ở
30oC)
Vngưng= 0,14+0,085+0,1+0,14+0,13+0,125+0,12+0,18+0,38+0,34+0,36+0,54+0,165+0,115
= 2,92 (lít)
W* = Vngưng. ρngưng = 2,92.10-3.995,68= 2,907 (kg)
* Tính Gc , xc và W:
Ta có :
Gc = mđường + mnước còn lại = 1+1,365= 2,365 (kg)
Áp dụng định luật bảo toàn vật chất:
+ Bảo toàn khối lượng: Gđ = Gc + W
+ Bảo tồn chất khơ: Gđ.xđ = Gc.xc
Nhờ đó:
+ Nồng độ sản phẩm cuối:
= = 0,313
Tính phần trăm sai số:
Tính phần trăm sai số của dung dịch sau cô đặc :
% SS Xc =
x c − x c*
xc
.100%
xc
: Nồng độ chất khô trong sản phẩm sau cô đặc theo lý thuyết [phần khối lượng].
xc*
: Nồng độ chất khô trong sản phẩm cô đặc theo thực tê đo bằng Bx kế, [phần khối
lượng].
=> Giải thích kết quả:
- Vì thời gian có hạn nên cơ đặc nước đường chưa tới mức giới hạn được.
- Trong quá trình lấy mẫu để đo độ Bx hơi nhiều nên làm mất sản phẩm.
- Trong quá trình cân đo bị hao hụt một ít do rơi rớt
Tính phần trăm sai số của lượng nước ngưng thu được trong q trình cơ đặc:
% SSW =
W −W *
W
.100%
% SSW
= 0,45% 10% : Sai số khơng đáng kể
Giải thích kết quả:
-
Vì thời gian có hạn nên q trình cơ đặc chưa hồn chỉnh.
Lượng mẫu thử lúc đầu lấy ra hơi nhiều.
V. Đồ thị
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa chỉ số Bx và thời gian cô đặc τ.
*Nhận xét: Đồ thị biểu diễn độ Bx và thời gian sấy ta thấy nồng độ Bx tang theo thời
gian.
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa khối lượng nước ngưng thu được và thời gian cô đặc τ.
*Nhận xét:
Q trình làm thí nghiệm cịn có nhiều sai sót, chưa nắm kỹ các thao tác thực hành nên
dẫn đến q trình sai số cho q trình tính tốn.
* Cách khắc phục:
- Điều chỉnh pH. Nhiệt độ sao cho phù hợp.
- Kiểm tra trang thiết bị trước khi thực hành, nếu có trục trặc thì tiến hành sửa chữa.
- Phân công từng người làm công việc hợp lý
- Đo thời gian lấy mẫu, lấy nước ngưng cần chính xác
- Chú ý quan sát độ Bx cho đúng
