PHÚC TRÌNH THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ: THỜI GIAN LƯU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC


PHÚC TRÌNH
THÍ NGHIỆM Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

BÀI : THỜI GIAN LƯU

CBHD:
Sinh viên:
MSSV:
Nhóm:

Ngày nộp : 2x/05/2022


Bài 9 THỜI GIAN LƯU

I.

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THƠ

Hệ một bình :
t(phút) 0,5

1

1,5

D

0.027

0.027

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

0.031 0.023

0.019

0.029

0.018

0.027

0.022

0.009 0.019

1,5

2,5

3

3,5

4

4,5

6

6,5

7

0.02
3

0.011

0.007

6,5

7

t(phút) 7,5

D

0.010

Hệ hai bình :
t(phút) 0,5

D

0.003 0.003

t(phút) 7,5

D

1

8

0.020 0.009

2

5

5,5

0.015 0.005

0.010 0.013

0.014

0.012 0.010

0.009 0.019

8,5

9,5

10,5

11

12

9

10

11,5

6

0.016 0.008

0.011

5,5

6

7

12,5

0.011 0.012

0.012 0.010

0.011

0.007 0.007

0.012 0.009

1

1,5

2,5

3

3,5

4

5

0.007

0.006 0.001

0.004

0.014 0.003

0.015 0.011 0.016

0.008

0.012 0.006 0.011

8

8,5

9,5

10

11

12,5

13

0.016

0.009 0.012

0.008

0.009 0.023

0.015

0.010 0.011 0.005

Hệ ba bình :
t(phút) 0,5

D

0.001

t(phút) 7,5

D

0.014

2

9

10,5

4,5

11,5

12

0.006 0.009 0.008

6,5

13,5

14


t(giây) 14,5

D

0.016

15

15,5

16

0.008

0.002 0.006

16,5

17

17,5

0.019

0.005 0.005

II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1) Hệ một bình :
a) Các thơng số, cơng thức tính tốn :

•

Thực tế:
Độ hấp thụ cực đại: Do: 0,034.

•

Thời gian lưu trung bình: t =

Dt
D

i i
i

=

t
t

•

Thời gian thu gọn:

•

Độ đo sự phân bố thời gian lưu: E =

•

Lý thuyết:
Lưu lượng nước chảy vào bình : v = 0,4 (lít/phút) = 0,4.10 -3 (m3/phút)

•
•

•
•

Thể tích 1 bình khuấy V =

d2

h=

D
D0

 .0,142

.0,12 = 0,00185 (m3)

4
4
V 0,00185
= 4,618 (phút)
Thời gian lưu lý thuyết :  = =
v 0,0004
t
=
Thời gian thu gọn:

−
Độ đo sự phân bố thời gian lưu: E = e

b) Bảng số liệu :

TT

t(phút)

D

1

0.5

0.027

2

1

0.027

θ = t/ t ̅

TT

0.794

0.151

11

5.5

0.011

0.324

1.656

0.794

0.301

12

6

0.023

0.676

1.806

D/D0

t(phút)

D

D/D0

θ = t/ t ̅

3

1.5

0.031

0.912

0.452

13

6.5

0.011

0.324

1.957

4

2

0.023

0.676

0.602

14

7

0.007

0.206

2.108

5

2.5

0.019

0.559

0.753

15

7.5

0.010

0.294

2.258

6

3

0.029

0.853

0.903

16

7

3.5

0.018

0.529

1.054

17

8

4

0.027

0.794

1.204

18

9

4.5

0.022

0.647

1.355

19

10

5

0.009

0.265

1.505

20

c) Đồ thị: Thiết lập các đồ thị D/D0 = f(θ), cho trường hợp lý thuyết và thực nghiệm.

Đồ thị D/D0 = f(θ) hệ 1 bình khuấy


2) Hệ hai bình mắc nối tiếp :
a) Các thơng số, cơng thức tính tốn :

•

Thực tế
Độ hấp thụ cực đại: Do: 0,017.

•

Thời gian lưu trung bình: t =

Dt
D

i i
i

=

t
t

•

Thời gian thu gọn:

•

Độ đo sự phân bố thời gian lưu: E =

•

Lý thuyết
Lưu lượng nước chảy vào bình : v = 0,4 (lít/phút) = 0,4.10 -3 (m3/phút)

•

Thể tích 2 bình khuấy:

•

Thời gian lưu lý thuyết:

•

Thời gian thu gọn:

=

V = 2.

D
D0

d2

h = 2.

 .0,142

.0,12 = 0,00369 (m3)

4
4
V 0,00369
= =
= 9,24 (phút)
v 0,0004
t


n ( n )
E =
e− n = 4 e−2
( n − 1)!
n −1

•

Độ đo sự phân bố thời gian lưu

b) Bảng số liệu :
TT

t(phút)

D

D/D0

θ = t/ t ̅

TT

t(phút)

D

D/D0

θ = t/ t ̅

1

0.5

0.003

0.176

0.075

16

8

0.009

0.529

1.201

2

1

0.003

0.176

0.150

17

8.5

0.011

0.647

1.277

3

1.5

0.015

0.882

0.225

18

9

0.012

0.706

1.352

4

2

0.005

0.294

0.300

19

9.5

0.012

0.706

1.427

5

2.5

0.01

0.588

0.375

20

10

0.01

0.588

1.502

6

3

0.013

0.765

0.451

21

10.5

0.011

0.647

1.577

7

3.5

0.014

0.824

0.526

22

11

0.007

0.412

1.652

8

4

0.012

0.706

0.601

23

11.5

0.007

0.412

1.727


9

4.5

0.01

0.588

0.676

24

12

0.012

0.706

1.802

10

5

0.009

0.529

0.751

25

12.5

0.009

0.529

1.877

11

5.5

0.019

1.118

0.826

26

12

6

0.016

0.941

0.901

27

13

6.5

0.008

0.471

0.976

28

14

7

0.011

0.647

1.051

29

15

7.5

0.02

1.176

1.126

30

c) Đồ thị: Thiết lập các đồ thị D/D0 = f(θ), cho trường hợp lý thuyết và thực nghiệm

Đồ thị D/D0 = f(θ) hệ 2 bình khuấy


3) Hệ ba bình mắc nối tiếp :
a) Các thơng số, cơng thức tính tốn :
Thực tế
• Độ hấp thụ cực đại: Do: 0,011.
•

Thời gian lưu trung bình: t =

Dt
D

i i
i

•

=

t
t

•

Thời gian thu gọn:

•

Độ đo sự phân bố thời gian lưu: E =

D
D0

Lý thuyết
• Lưu lượng nước chảy vào bình: v = 0,4 (lít/phút) = 0,4.10 -3 (m3/phút)
•

Thể tích 1 bình khuấy V = 3.

•

Thời gian lưu lý thuyết:

•

Thời gian thu gọn:

=

d2
4

=

h = 3.

 .0,142

.0,12 = 0,00554 (m3)

4

V 0,00554
=
= 13,854 (phút)
v
0,004

t



n ( n )
27 2 −3
− n
E =
e =

e
2
( n − 1)!
n −1

•

Độ đo sự phân bố thời gian lưu

.
b) Bảng số liệu :
θ = t/ t ̅

TT

0.088

0.053

21

10.5

0.023

2.029

1.123

0.007

0.618

0.107

22

11

0.006

0.529

1.177

1.5

0.006

0.529

0.160

23

11.5

0.009

0.794

1.230

4

2

0.001

0.088

0.214

24

12

0.008

0.706

1.284

5

2.5

0.004

0.353

0.267

25

12.5

0.015

1.324

1.337

6

3

0.014

1.235

0.321

26

13

0.010

0.882

1.391

7

3.5

0.003

0.265

0.374

27

13.5

0.011

0.971

1.444

TT

t(phút)

D

1

0.5

0.001

2

1

3

D/D0

t(phút)

D

D/D0

θ = t/ t ̅


8

4

0.015

1.324

0.428

28

14

0.005

0.441

1.498

9

4.5

0.011

0.971

0.481

29

14.5

0.016

1.412

1.551

10

5

0.016

1.412

0.535

30

15

0.008

0.706

1.605

11

5.5

0.008

0.706

0.588

31

15.5

0.002

0.176

1.658

12

6

0.012

1.059

0.642

32

16

0.006

0.529

1.712

13

6.5

0.006

0.529

0.695

33

16.5

0.019

1.676

1.765

14

7

0.011

0.971

0.749

34

17

0.005

0.441

1.819

15

7.5

0.014

1.235

0.802

35

17.5

0.005

0.441

1.872

16

8

0.016

1.412

0.856

36

17

8.5

0.009

0.794

0.909

37

18

9

0.012

1.059

0.963

38

19

9.5

0.008

0.706

1.016

39

20

10

0.009

0.794

1.070

40

c) Đồ thị: Thiết lập các đồ thị D/D0 = f(θ), cho trường hợp lý thuyết và thực nghiệm.

Đồ thị D/D0 = f(θ) hệ 3 bình khuấy


III. BÀN LUẬN :
1. Nhận xét kết quả thô.
Kết quả thí nghiệm thơ có độ sai lệch so với lý thuyết là khá cao. Cụ thể, độ hấp thu đo được ở các trường
hợp không biến đổi như lý thuyết mà tần suất tăng giảm nhiều hơn.
Độ hấp thu cực đại đo được nhỏ hơn lần đo tại thời điểm 1 phút và 2 phút của hệ một bình.
Nguyên nhân có thể là do:
- Nồng độ lấy mẫu tại các trường hợp là khơng giống nhau do màu (xanh tím) của chất thí nghiệm làm ảnh
hưởng đến kết quả đọc pipet làm thể tích lấy mẫu bị sai lệch.
- Lưu lượng dịng lỏng mà mực chất lỏng khơng ổn định do điều chỉnh bằng tay.
- Do khuấy trộn không đều gây ra hiện tượng phân bố cục bộ của phẩm màu.
2. So sánh giữa hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết và thực nghiệm.
- Hệ 1 bình: dựa vào đồ thị ta thấy hàm thời gian lưu lý thuyết và thực nghiệm không giống nhau. Các giá
trị thời gian thu gọn  lý thuyết đều lớn hơn so với thực nghiệm. Điều đó có nghĩa là thời gian lưu trung
bình thực nghiệm nhỏ hơn thời gian lưu trung bình lý thuyết 🡪 tín hiệu ra sớm hơn so với dự định nên
nhiều khả năng sẽ tạo ra các dòng chảy tắt, cánh khuấy không tác động tới được.
- Hệ 2 bình: dựa vào đồ thị ta thấy hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết và thực nghiệm không giống nhau,
hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết tăng đến một giá trị nhất định rồi giảm đều trong khi hàm phân bố
thời gian lưu thực nghiệm tăng giảm mất ổn định, có chỗ lồi chỗ lõm. Nhìn chung các giá trị E thực
nghiệm đều lớn hơn so với E lý thuyết. Ngoài ra, các giá trị thời gian thu gọn  thực nghiệm nhanh hơn
so với lý thuyết nên có khả năng có xuất hiện dịng chảy tắt trong hệ thống.
- Hệ 3 bình: dựa vào đồ thị ta thấy hàm thời gian lưu thực nghiệm và lý thuyết khơng giống nhau. Đồ thị

thực nghiệm có dạng lồi lõm, tăng giảm không theo một quy luật nào khác với dạng đường cong lý

thuyết, tăng đến một giá trị cực đại rồi giảm dần. Các giá trị E thực nghiệm đa phần đều nhỏ hơn so với
các giá trị E lý thuyết, các giá trị  thực nghiệm đều nhỏ hơn giá trị lý thuyết, nguyên nhân có thể do
q trình lấy mẫu khơng đúng với mốc thời gian và do dịng chảy khơng ổn định
3. Các hiện tượng của quá trình và thiết bị phát sinh sự mất ổn định.
-

-

Hầu hết là do tạo nên dòng chảy tắt trong thiết bị. Nguyên nhân của dòng chảy tắt là do van ln ở
trạng thái mở để Bình khuấy hoạt động liên tục, đồng thời cũng có thể do tốc độ cánh khuấy chậm nên
có những vùng trong thiết bị không khuấy tới => lưu chất không lưu lại trong bình là theo dịng đi ra.
Do sự tuần hồn của lưu chất. Nguyên nhân của sự tuần hoàn là do lưu chất phân bố khơng đều trong

dung dịch. Điều đó có thể là do đặc điểm của bản thân lưu chất hoặc cũng là do tốc độ khuấy quá chậm.
🡪 Để khắc phục các hiện tượng trên, ta có thể tăng cường tốc độ khuấy để khuấy đều và khuấy được tồn
bộ dung dịch.
- Ngồi ta cịn có các hiện tượng phát sinh sự mất ổn định khác như:


+

Sự thay đổi vận tốc và phương chuyển động của lưu chất do hình dáng bề mặt thiết bị (bình phản
ứng, cánh khuấy, đường ống...) tạo thành các vùng không mong muốn như vùng xoáy, vùng chết,
vùng chảy qua..., các vùng này có thể tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn hay kéo dài làm ảnh
hưởng đến kết quả đo.

Vận tốc quay của cánh khuấy không ổn định theo thời gian.
+ Sự hấp thụ chất chỉ thị của thiết bị làm nồng độ của chất chỉ thị giảm theo thời gian.
+
+

Nhiệt độ mơi trường trong q trình thí nghiệm biến đổi làm thay đổi tương quan giữa các phần tử
lưu chất có trong hệ (thay đổi độ nhớt, tỷ trọng, vận tốc...), thay đổi các tính chất của lưu chất chuyển
động trong đường ống và thiết bị.

4. Đánh giá sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên.
a. Sai số thiết bị

- Máy đo độ truyền suốt của ánh sáng: nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sai số bài thí nghiệm
+ Do cuvet chứa mẫu đo và mẫu kiểm chứng khơng sạch. Các chất bẩn bám trên nó cũng hấp thụ ánh
sáng nên ảnh hưởng đến kết quả đo.
+ Vì máy đo cũ nên giá trị của độ hấp thụ khi đo không ổn định, chữ số hiển thị nhảy liên tục.
- Cánh khuấy:
+ Quay không đều ở các bình, vận tốc khơng đều do điện áp.
+ Quay chậm làm cho độ không đồng đều tăng lên.
- Đường ống:
+ Do trở lực của ống và van không giống nhau, nên việc điều chỉnh lưu lượng vào và ra bằng nhau ở
mỗi bình rất khó khăn. Sự khó khăn này càng tăng lên đối với hệ nhiều bình. Thực tế thí nghiệm cho
thấy khơng thể giữ ngun thể tích lưu chất trong mỗi bình so với ban đầu trong suốt thời gian thí
nghiệm (mặc dù hệ đã hoạt động khá ổn định trước khi cho chất chỉ thị). Trong suốt q trình thí
nghiệm ta phải ln điều chỉnh các van sao cho thể tích lưu chất trong mỗi bình là khơng đổi, nên
sẽ ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống.
b. Sai số thao tác
-

Do xác định thời gian lấy mẫu
Do lau chùi cuvet chưa thật sạch, cuvet chưa hồn tồn khơ khi đưa vào máy. Do điều kiện thí

-

nghiệm khơng có dụng cụ làm khơ cuvet cũng như số lượng cuvet đủ để thay thế.
Khi đọc giá trị đo trên máy đo độ hấp thu, nhóm đọc sai ở một số thời điểm nên dẫn đến sai số lớn
đối với hệ 2 bình và hệ 3 bình.

c. Sai số do hoạt động của hệ thống
-

Do có sự suất hiện của vùng tù.

-

Do cánh khuấy hoạt động không ổn định.


IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1], Vũ Bá Minh, “ Qúa trình và Thiết bị trong Cơng Nghệ Hóa Học & Thực phẩm - Tập 4: Kỹ
thuật phản ứng”, NXB ĐHQG TPHCM, 2003, 380 trang.
[2], Giáo trình Thí Nghiệm QTTB - Bộ môn Máy & Thiết bị - ĐH Bách Khoa TPHCM.