Báo cáo thực hành quá trình thiết bị

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

SVTH:
MSSV:
Nhóm: 01
GVHD: Võ Phạm Phương Trang

TP. HỒ CHÍ MINH - 2022



MỤC LỤC
BÀI 1: LỌC KHUNG BẢN ..........................................................................................3
I. CÂU HỎI CHUẨN BỊ .............................................................................................3
II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ......................................................................................6
III. BÀN LUẬN .........................................................................................................11
BÀI 2: CÔ ĐẶC ...........................................................................................................12
I. CÂU HỎI CHUẨN BỊ............................................................................................12
II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .....................................................................................16
III. BÀN LUẬN .........................................................................................................21
BÀI 3: CHƯNG CẤT ..................................................................................................22
I. CÂU HỎI CHUẨN BỊ............................................................................................22
II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .....................................................................................27
III. BÀN LUẬN .........................................................................................................29
BÀI 4: TRUYỀN NHIỆT ............................................................................................31
I. CÂU HỎI CHUẨN BỊ............................................................................................31
II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .....................................................................................36
III. BÀN LUẬN .........................................................................................................52
BÀI 5: SẤY ĐỐI LƯU ................................................................................................53

I. CÂU HỎI CHUẨN BỊ............................................................................................53
II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .....................................................................................57
III. BÀN LUẬN .........................................................................................................66
BÀI 6: CỘT CHÊM .....................................................................................................68
I. CÂU HỎI CHUẨN BỊ............................................................................................68
II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .....................................................................................73
III. BÀN LUẬN .........................................................................................................80
BÀI 7: MẠCH LƯU CHẤT ........................................................................................82
I. CÂU HỎI CHUẨN BỊ............................................................................................82
II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM. ....................................................................................84
III. BÀN LUẬN .........................................................................................................91
BÀI 8: ĐẶC TUYẾN BƠM LY TÂM........................................................................92
I. CÂU HỎI CHUẨN BỊ............................................................................................92
II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .....................................................................................96
1


III. BÀN LUẬN .......................................................................................................101
BÀI 9: THÍ NGHIỆM REYNOLD ..........................................................................102
I. CÂU HỎI CHUẨN BỊ..........................................................................................102
II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ...................................................................................104
III. BÀN LUẬN .......................................................................................................105

2


BÀI 1: LỌC KHUNG BẢN
I. CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1. Nêu mục tiêu của bài thí nghiệm
 Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc và ưu nhược điểm của thiết bị lọc

khung bản.
 Vận hành được hệ thống thiết bị lọc khung bản
 Tính tốn được các hệ số lọc dựa trên số liệu thực nghiệm và đưa ra phương
trình lọc tương ứng.
2. Lọc sử dụng để làm gì? Cho ví dụ?
Lọc là q trình loại bỏ các tạp chất không mong muốn, các chất cặn bẩn ra khỏi dung
dịch chất lỏng hoặc khơng khí. Mục đích là thu được dung dịch tinh khiết hơn, sạch
hơn nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong sản xuất và sinh hoạt.
Ví dụ: lọc nước sạch, lọc bã cà phê, lọc dầu, lọc khí.
3. Nêu các phương pháp tạo chênh lệch áp suất khi lọc.
Các phương pháp tạo chênh lệch áp suất khi lọc:
 Làm dày hoặc làm mỏng vách lọc bằng lớp bã lọc.
 Thay đổi vận tốc chảy của lưu chất.
 Tạo áp lực bên lọc hay đặt máy hút bên sản phẩm.
4. Lọc có mấy chế độ, được đặc trưng bằng đại lượng nào?
Lọc có 2 chế độ lọc: lọc chân không và lọc ép được đặc trưng bằng bề mặt lọc.
 Lọc chân khơng thì bề mặt lọc được đổi mới liên tục (cạo bã, làm sạch bề mặt
liên tục).
 Lọc ép thì phải tạo lớp bã đủ dày để tạo thành áo lọc.
5. Lọc ổn định và lọc khơng ổn định là gì? Ưu nhược điểm?
6. Viết phương trình vi phân lọc và nghiệm của nó.
Phương trình vi phân lọc:
Đặt

: lượng nước lọc riêng (

)

Phương trình được viết gọn như sau:
Vậy nghiệm của phương trình là q

7. Nêu sơ đồ thí nghiệm lọc khung bản.

3


4

1.
2.

Thùng khuấy huyền phù
Bơm huyền phù

3. Thiết bị lọc khung bản
4. Áp kế

8. Nêu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của
lọc khung bản.
 Cấu tạo:
Máy lọc khung bản gồm một dãy các khung và bản có cùng kích thước, xếp liền nhau.
Khung và bản có tay tựa trên hai thanh nằm ngang, giữa khung và bản có vải lọc. Giới
hạn hai đầu gồm tấm cố định, còn đầu kia là tấm di động di chuyển được nhờ tay quay.
Ép chặt khung bản với lực bằng cơ cấu vít đai ốc được thực hiện bởi tay quay. Toàn bộ
thiết bị lọc khung bản được đặt trên bệ đỡ. Lỗ dẫn huyền phù nhập liệu của khung và
bản nối liền tạo thành ống dẫn nhô ra để ghép với hệ thống cấp liệu. Nước lọc chảy từ
bản chảy xuống để lấy ra theo van.


Nguyên lí hoạt động

Huyền phù dưới tác động của áp suất được đưa vào rãnh rồi vào khoảng trống của
khung, chất lỏng chui qua vải lọc sang các rãnh của bản rồi theo van ra ngồi, cịn bã
bị giữ lại trong khung. Để rửa bã người ta ngừng cho huyền phù và cho nước vào.
Nước rửa chui qua lớp vải lọc, qua toàn bộ bề dày lớp bã kéo theo chất lỏng còn lại
trong bã qua lớp vải lọc thứ hai sang bản bên cạnh rồi theo ống ra ngoài.

Ưu điểm:

Ưu, nhược điểm:
 Bề mặt lọc lớn.
 Dịch lọc trong và loại bỏ được nấm men.
 Tấm đỡ có thể thay thế dễ dàng.
 Lọc được cặn bẩn.
4


 Khơng cần người có chun mơn cao điều khiển.
Nhược điểm:

 Cần nhiều thời gian vệ sinh
 Thay thế tấm đỡ theo chu kỳ.
 Giá thành tấm đỡ cao.
 Dung dịch bị chảy nhiều, phân bố không đồng đều.
 Phải tháo khung bản khi cần giảm áp suất.

9. Nêu trình tự tiến hành thí nghiệm.
 Pha 500g bột CaCO3 vào 20 lít nước để có dung dịch huyền phù lọc.
 Đóng van V1 và van V2
 Cho dung dịch đã pha vào bồn chứa.
 Bật công tắc máy khuấy, khuấy đều hỗn hợp dung dịch CaCO3.

 Mở van V3, V4, V5, V6.
 Mở bơm, điều chỉnh áp suất bằng V4 khi đồng hồ áp suất chỉ mức mong muốn.
 Đong dung dịch lọc ở đầu C1 và ghi nhận thể tích trong mỗi thời gian 30 giây.
 Làm thí nghiệm với chế độ áp suất khác nhau.
10. Trình bày phương pháp xử lí số liệu thí nghiệm.
11. Nêu các đại lượng cần đo trong bài.
Đại lượng cần đo trong bài thí nghiệm: áp suất P, Thể tích dung dịch đong được V,
thời gian đạt được thể tích nước đong .
12. Hãy kể tên một vài loại thiết bị lọc ngoài lọc khung bản.
 Thiết bị lọc ép sử dụng cột lọc.
 Thiết bị lọc chân không dạng thùng quay.
 Thiết bị lọc ly tâm.
 Thiết bị lọc ép,...
13. Nêu các phương pháp để tăng năng suất lọc.
 Tăng áp lực lọc.
 Tăng áp suất lọc.
 Gia nhiệt trong quá trình lọc để giảm độ nhớt.
14. Nêu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lọc.
 Vận tốc lưu chất lọc.
 Áp suất lọc.
 Lớp bã lọc, tính chất của vách ngăn.
 Lớp vải lọc.
 Hệ thống lọc hay thiết bị lọc.
 Trạng thái của chất lọc, tính chất của huyền phù.
 Nhiệt độ lọc.
5


15. Trình bày các phương trình lọc khi áp suất khơng đổi và ý nghĩa của các
đại lượng.

Phương trình lọc khi áp suất khơng đổi:
Trong đó: q = V/F – Lượng nước lọc riêng.

– Tỉ số giữa thể tích bã ẩm thu được và lượng nước lọc
: độ nhớt (kg/ms)
V: thể tích nước lọc (
: thời gian lọc được ấn định trước (s)
: Trở lực riêng theo thể tích của bã lọc (1/
16. Nêu phương trình lọc khi tốc độ khơng đổi và ý nghĩa của các đại lượng.
Phương trình lọc khi tốc độ không đổi, W = const

II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. Số liệu thơ
a = b = 22 cm
a) Cấp 1; n = 6 khung bản
P = 0,3

V (l)

18,52

32,54

46,20

60,38

74,23

3

6

9

12

15

P = 0,65

V (l)

13,88

24,44

34,75

45,51

55,56

3

6

9

12

15

P = 1,05

V (l)

10,10

19,18

26,57

33,73

41,38

3

6

9

12

15

b) Cấp 2; n = 5
6

P = 0,35
30,33

51,75

72,45

92,75

111,58

3

6

9

12

15

V (l)

P = 1,1
13,08

24,57

35,22

46,93

57,39

3

6

9

12

15

V (l)
2. Tính tốn
Cấp 1:

a. Diện tích bề mặt lọc
S = 2.n.a.b = 2.6.0,22.0,22 = 0,5808 (m2)
Với : n – số lượng khung bản lọc
a, b – kích thước bề mặt lọc (cm)
b. Năng suất của quá trình lọc

c. Lượng nước lọc riêng

P = 0,3
V

Q

3

6

9

12

15

18,52

32,54

46,20

60,38

74,23

18,52

14,02

13,66

14,18

13,85

0,162

0,184

0,195

0,199

0,202

5,17

10,33

15,50

20,66

25,83

P = 0,65
V

3

6

9

12

15

13,88

24,44

34,75

45,51

55,56

13,88

10,56

10,31

10,76

10,05

7


Q

0,216

0,245

0,259

0,264

0,270

5,17

10,33

15,50

20,66

25,83

P = 1,05
V

Q

3

6

9

12

15

10,10

19,18

26,57

33,73

41,38

10,1

9,08

7,39

7,16

7,65

0,297

0,313

0,339

0,356

0,362

5,17

10,33

15,50

20,66

25,83

d. Tính giá trị C, K theo phương trình lọc:
Ta có: phương trình lọc khi áp suất khơng đổi,

:

Ví dụ:
Ở P = 0,3: Thay q1 = 5,17,
q2 = 10,33,

1

= 18,52
2

= 14,02

Suy ra: {
Vậy: {
C

K

0,3

6,74

2,32

0,65

6,75

3,1

1,05

7,28

4,8

e. Vẽ đồ thị:
Biểu diễn theo V
3

6

9

12

15

P = 0,3

18,52

32,54

46,20

60,38

74,23

P = 0,65

13,88

24,44

34,75

45,51

55,56

P = 1,05

10,10

19,18

26,57

33,73

41,38

V

8


16
14

Thể tích V

12
10

P = 0,3

8

P = 0,65
6

P = 1,05

4
2
0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

Thời gian τ
Cấp 2:
a. Diện tích bề mặt lọc
S = 2.n.a.b = 2.5.0,22.0,22 = 0,484 (m2)

Với :

n – số lượng khung bản lọc
a, b – kích thước bề mặt lọc (m)
b. Năng suất của quá trình lọc

c. Lượng nước lọc riêng

P = 0,35
V

Q

3

6

9

12

15

30,33

51,75

72,45

92,75

111,58

30,33

21,42

20,7

20,3

18,83

0,099

0,116

0,124

0,129

0,134

6,20

12,40

18,60

24,79

30,99

9


P = 1,1
V

Q

3

6

9

12

15

13,08

24,57

35,22

46,93

57,39

13,08

11,49

10,65

11,71

10,46

0,229

0,244

0,256

0,256

0,261

6,20

12,40

18,60

24,79

30,99

d. Tính giá trị C, K theo phương trình lọc:
Tính tốn tương tự như cấp 1:
C

K

0,35

7,89

1,96

1,1

8,63

5,24

e. Vẽ đồ thị:
3

6

9

12

15

P = 0,35

30,33

51,75

72,45

92,75

111,58

P = 1,1

13,08

24,57

35,22

46,93

57,39

V

16
14

Thể tích V

12
10
8

P = 0,35

6

P = 1,1

4
2
0
0

20

40

60

Thời gian τ

10

80

100

120


III. BÀN LUẬN
 Khi tăng áp suất:
Thời gian để thu được lượng nước cần thiết rút ngắn lại
Lớp nước lọc cần thu được để có lớp bã để có trở lực bằng trở lực lớp vải lọc cũng
tăng.
Lưu lượng dòng chảy đi qua tấm lọc tăng làm cho độ bám dính của bã trên lớp vải lọc
càng nhiều. Càng về sau thì quá trình lọc diễn ra chậm hơn do lớp bã bám trên khung
và vải lọc càng nhiều
 Sai số trong q trình lọc
Khăn lọc xếp khơng đúng lỗ trên khung, gây cản trở dòng chảy thay đổi áp suất khi lọc
Vải lọc nằm giữa khung và bản không phẳng nên trong q trình ép sát khơng chặt làm
nước rị rỉ trong q trình làm , làm giảm áp suất trong quá trình lọc
Trong khi lọc độ huyền phù có thể bị thay đổi nên kết quả đo thiếu chính xác .
Hệ thống lọc trong phịng thí nghiệm chưa thật kín. Do đó trong q trình thí nghiệm
lọc, việc điều chỉnh đúng, chính xác áp suất làm việc là rất khó. Khi điều chỉnh các
tấm lọc chưa thật sát, áp suất dễ bị thay đổi, làm nước lọc được bơm vào thiết bị lọc
tràn ra ngoài. Dẫn đến thất thốt, kết quả đo khơng đúng.
Q trình thu thể tích nước lọc và đọc thể tích bằng dụng cụ thủ cơng, nước bị thất
thốt nhiều do thao tác chưa nhanh
Q trình canh thời gian cũng khơng thật chính xác do thiết bị đo và đọc thủ công

11


BÀI 2: CÔ ĐẶC
I. CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1. Mục tiêu của bài thí nghiệm?


Trình bày được cấu tạo, ngun lý làm việc và ưu nhược điểm thiết bị cô đặc
gián đoạn một nồi, hoạt động trong điều kiện chân không.

Vận hành được hệ thống cơ đặc.

Tính tốn được cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng và các đại lượng đặc
trưng cho q trình cơ đặc.
2. Khái niệm của q trình cơ đặc? Phân loại, ứng dụng q trình cơ đặc.
Khái niệm:
Cơ đặc là q trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tác một phần dung môi
ở nhiệt độ sôi, dung môi tác ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ.
Phân loại, ứng dụng quá trình cơ đặc:

Cơ đặc ở áp suất khí quyển: là phương pháp đơn giản nhưng không kinh tế.

Cô đặc ở áp suất chân không: áp dụng cho các dung dịch có nhiệt độ sơi cao và
dung dịch dễ bị phân hủy bởi nhiệt, ngồi ra cịn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt
và nhiệt độ sôi của dung dịch (gọi là hiệu số nhiệt độ hữu ích).

Cơ đặc ở áp suất dư (cao hơn áp suất khí quyển) thường dùng cho các dung
dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao để sử dụng hơi thứ cho cô đặc hoặc cho các q
trình đun nóng khác.
3. Trình bày mục đích q trình cơ đặc.

Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch.

Tách chất rắn hòa tan ở dạng rắn (kết tinh).

Tách dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước).

4. Nêu các bước chuẩn bị tiến hành thí nghiệm.

Tìm hiểu hệ thống thiết bị, các van và tác dụng của nó.

Tìm hiểu các thiết bị đo nhiệt độ, các vị trí đo và cách điều chỉnh cơng tắc để đo
nhiệt độ.

Tìm hiểu thiết bị đo nồng độ chất khô (Brix kế)

Xác định các đại lượng cần đo.

Chuẩn bị dung dịch đường đem cô đặc.

Chuẩn bị bảng số liệu thí nghiệm.
5. Độ Brix là gì? Các phương pháp đo nồng độ của dung dịch đường?

Độ brix là thang đo biểu thị phần trăm tổng hàm lượng các chất rắn hòa tan
trong các loại dung dịch. Mỗi độ brix (1°) tương đương với nồng độ đường 1% khi đo
ở 20°C. Nếu bên trong một loại dung dịch có độ brix bằng 10%, nghĩa là cứ 100g dung
dịch chứa 10g chất rắn hòa tan và 90g nước.

Các phương pháp đo nồng độ của dung dịch đường:

12












 Sử dụng thang đo Brix: Đây là thang đo phổ biến xuất phát từ chỉ số khúc xạ
của dung dịch ở 20C (68F).
 Sử dụng Brix kế: Khúc xạ kế cầm tay là loại máy đo độ ngọt được sử dụng phổ
biến nhất. Giúp xác định chính xác nồng độ brix của nhiều loại chất lỏng khác
nhau với độ chính xác cao (phụ thuộc vào nhiệt độ).
 Sử dụng tỉ trọng kế: Thiết bị sử dụng ống thủy tinh nổi có trọng số được đặt bên
trong ống nghiệm đã hiệu chuẩn có chứa chất lỏng mẫu. Ống nghiệm được hiệu
chuẩn để đo lượng chất lỏng bị dịch chuyển, từ đó xác định được lượng đường
có mặt trong chất lỏng đó.
6. Nêu các bước tiến hành thí nghiệm.
Bước 1: Kiểm tra mức nước an toàn

Kiểm tra nước an toàn trong vỏ áo trên ống thủy ngay vạch màu đỏ.

Kiểm tra nước đạt 2/3 bồn chứa C.I.P và bồn chứa bơm chân không.
Bước 2: Súc rửa thiết bị.

Kiểm tra các van: đảm bảo nước thông từ bồn C.I.P tới nồi cô đặc.

Mở bơm C.I.P, đèn báo hú nhấp nháy cảnh báo q trình cần kiểm sốt, hết
nước trong bồn C.I.P thì tắt bơm.

Mở van V4 xả nước rửa.
Bước 3: Nhập liệu vào nồi


Chuẩn bị dung dịch cô đặc.

Kiểm tra van

Mở bơm chân không, bơm chân không chạy tự động khi đạt áp suất quy
định tự động tắt máy, người vận hành khơng tự ý cài đặt áp suất, sai lập
trình hệ thống bị lỗi.

Mở van 1 hút hết dung dịch vào nồi; hết dung dịch, đóng van 1.

Duy trì áp suất chân không.
Bước 4: Khởi động nhiệt

Cài đặt nhiệt trong vỏ áo.

Mở công tắc nhiệt.

Mở công tắc máy khuấy, máy khuấy chạy tự động đã được cài đặt mặc định
theo chế độ: khuấy 60s, dừng 3 phút.

Mở van cấp nước giải nhiệt vào thiết bị ngưng tụ.

Quan sát nhiệt kế dung dịch, kính quan sát khi dung dịch sơi tiến hành lấy
mẫu đo Bx và lấy nước ngưng tụ để đo thể tích.
Bước 5: Phương pháp lấy mẫu

Từ lúc dung dịch nồi sôi, cứ 10 phút tiến hành lấy mẫu đo Brix.

Lấy 5 mẫu tuần hoàn lại nồi.


Mẫu thứ 6 lấy vào ống nghiệm đem đo Bx bằng chiết quang kế, đo xong tập
hợp lại mẫu tuần hoàn lại nồi để tránh sai số.

13




Bước 6: Phương pháp lấy nước ngưng tụ

Sau khi lấy mẫu tiến hành lấy nước ngưng tự.

Tắt bơm chân không, khóa V8, mở V10 thu nước ngưng tụ vào cốc 1000ml.

Khi hết nước ngưng tụ, khóa V10, mở V8 và mở bơm chân không đo nước
ngưng tụ bằng ống đong 1000ml.

Bước 7: Thu nhận sản phẩm

Tiến hành cô đặc dung dịch đến khoảng 65 độ Brix thì dừng quá trình.

Tắt bơm chân khơng, điện trở, máy khuấy.

Khố V12, mở V1 thơng áp.

Mở V4 xả sản phẩm, đo thể tích, đo Brix, cân bằng xác định khối lượng.

Bước 8: Vệ sinh thiết bị


Kiểm tra các van.

Mở bơm C.I.P, hết nước trong bồn thì tắt bơm.

Mở V4 xả nước rửa.

Bước 9: Tắt điện, nước.

Khóa V12 cấp nước giải nhiệt vào thiết bị ngưng tụ.

Tắt CB nguồn thiết bị.
7. Tính áp suất tuyệt đối dựa vào chỉ số của áp kế.

Trong đó:

– áp suất tuyệt đối
– áp suất tương đối hay áp suất dư: áp suất tại một thời điểm mà chất
lỏng và chất khí lấy mốc là áp suất khí quyển lân cận xung quanh.
– áp suất khí quyển

8. Mơ tả cấu tạo hệ thống thiết bị cơ đặc dùng trong thí nghiệm.

14











9. Nêu các dạng cấu tạo thiết bị cô đặc khác nhau.
Thiết bị cơ đặc có ống tuần hồn trung tâm.
Thiết bị cơ đặc có buồng đốt ngồi kiểu đứng/ nằm ngang
Thiết bị cơ đặc tuần hồn cưỡng bức.
Thiết bị cô đặc loại màng.
10. Nêu các các thông số cần đo trong bài.
Nồng độ dd đường (độ Brix)
Lượng nước ngưng V(ml)
Nhiệt độ nước vào, nước ra, vỏ áo, dung dịch, hơi thứ.
11. Viết cân bằng năng lượng cho quá trình cơ đặc.

Theo định luật bảo tồn nhiệt:
Qv = Qr
Qv = Q1 + Q2
Qr = Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7
Trong đó:
Q1 = Gđ.cđ.tđ: nhiệt lượng do dung dịch mang vào.
Q2 = D.i: nhiệt lượng do hơi đốt mang vào.
Q3 = Gc.cc.tc: nhiệt lượng do dung dịch sau cô đặc mang ra
Q4 = W.i’: nhiệt lượng do hơi thứ mang ra.
Q5 = D.cn.tn: nhiệt lượng do nước ngưng mang ra
Q6 = Qcđ: nhiệt lượng do q trình cơ đặc.
Q7 = Qmt: nhiệt lượng tổn thất ra môi trường
Với:

tđ, tc, tn: nhiệt độ nguyên liệu, sản phẩm, nước ngưng (C)
cđ, cc, cn: nhiệt dung riêng nguyên liệu, sản phẩm, nước ngưng (J/kg.C)

i, i’: hàm nhiệt trong hơi đốt, hơi thứ (J/kg)

12. Viết cân bằng vật chất cho quá trình cơ đặc
Phương trình cân bằng vật chất ta có:
Gđ = G c + W
Gđ.xđ = Gc.xc (theo hàm lượng chất khơ trong dung dịch)
Trong đó:
Gđ – khối lượng ngun liệu (kg; kg/s)
Gc – khối lượng sản phẩm (kg; kg/s)
15


W – lượng hơi thứ (kg; kg/s)
xđ – nồng độ  chất khô trong nguyên liệu (phần khối lượng)
xc – nồng độ  chất khô trong sản phẩm (phần khối lượng)
13. Ưu, nhược điểm của phương pháp cô đặc gián đoạn là gì?
Ưu điểm:

Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi.

Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng.

Thao tác dễ dàng.

Có thể cơ đặc đến các nồng độ khác nhau.

Không cần gia nhiệt ban đầu cho dung dịch.

Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp.
Nhược điểm:


Q trình khơng ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo
nồng độ, thời gian.

Nhiệt độ hơi thứ thấp, khơng dùng cho mục đích khác.

Khó giữ được độ chân không trong thiết bị.
14. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ cô đặc?
Tốc độ bay hơi nước của q trình cơ đặc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
 Diện tích tiếp xúc giữa sản phẩm và tác nhân gia nhiệt
 Nhiệt độ của q trình cơ đặc trong thiết bị.
 Tính chất của sản phẩm
II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. Số liệu thực nghiệm
Thời
gian
τ (phút)

Nồng độ
dd đường
(Brix)

Lượng
nước
ngưng
V (ml)

Nhiệt độ
nước vào
tr (C)

0 – 10

30,1

152

24

24

78

58

51

10 – 20

31,7

1081

49

51

163

120

119

20 – 30

36,5

2206

75

78

248

184

189

30 – 40

42,9

3541

101

106

331

244

252

40 – 50

52,2

4911

127

134

414

305

314

50 – 60

67

5899

154

161

497

369

381

16

Nhiệt
Nhiệt
Nhiệt độ
độ nước độ nước
dung dịch
ra
ngoài vỏ
tdd (C)
tv (C)
tng (C)

Nhiệt
độ hơi
thứ
tht (C)


2. Xử lí số liệu
a. Tính khối lượng dung dịch đường nhập liệu:
Ta có thể tích dung dịch đường nhập liệu là 10 lít  Vđ= 0,01 m3
Tra bảng khối lượng riêng của dung dịch đường ở 15,2 độ Brix, ta được

kg/m3
Gđ = V đ .

đ

đ

= 1062,2

= 0,01. 1062,2 = 10,62 kg
Tính khối lượng dung dịch đường thu được:

b.

Ta có thể tích dung dịch sau cơ đặc thu được Vc = 3780 ml = 3,87.10-3(m3)
Tra bảng khối lượng riêng dung dịch đường 38 độ Brix  ρc = 1169,2 kg/m3
Gc = V c .
c.

c

=3,87.10-3. 1169,2 = 4,52 kg
Tính lượng nước ngưng thực tế

Wngưng = Vngưng.

ngưng

(kg)

Tra bảng, khối lượng riêng của nước ngưng ở t = 30C:
d.

ngưng

= 995,68 (kg/m3)

Dựa vào phương trình cân bằng vật chất:

Gđ = G c + W
Gđ.xđ = Gc.xc
STT

Gđ (kg)

Gc (kg)

xđ ()

xc (%)

1

10,62

5,36

15,2

30,1

2

10,62

5,09

15,2

31,7

3

10,62

4,42

15,2

36,5

4

10,62

3,76

15,2

42,9

5

10,62

3,09

15,2

52,2

6

10,62

2,41

15,2

67

e. Tính sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm
 Nồng độ cuối của quá trình
%SSxc = |

| .100

Trong đó:
xc: nồng độ chất khơ trong sản phẩm sau cô đặc theo lý thuyết
17

xc* - nồng độ chất khô trong sản phẩm cô đặc theo thực tế đo bằng Bx kế
xC =

=

 %SSxc = |
xC =

xC =

| .100 = |

|.100 = 0,16

= 42,93
| .100 = |

|.100 = 0,07

= 52,24
| .100 = |

=

 %SSxc = |

|.100 = 0.16

= 36,44

=

 %SSxc = |
xC =

| .100 = |

=

 %SSxc = |

|.100 = 0,07

= 31,65

=

 %SSxc = |
xC =

| .100 = |

=

 %SSxc = |
xC =

= 30,12

|.100 = 0,08

= 66,98
| .100 = |

|.100 = 0,03

 Lượng nước ngưng thu được trong q trình cơ đặc
%SSW = |

|.100%

Trong đó:
W: lượng hơi thứ (lượng nước bốc hơi)
 W = Gđ.(1 
 %SSW = |

|.100% = |

 W = Gđ.(1 
 %SSW = |

) = 10,62.(1 

|.100% = |

 W = Gđ.(1 
 %SSW = |

) = 10,62.(1 

) = 10,62.(1 

|.100% = |

) = 5,26 (kg)
|.100 = 97,15%
) = 5,52 (kg)
|.100 = 80,43%
) = 6,19 (kg)
|.100 = 64,46%
18


 W = Gđ.(1 
 %SSW = |

|.100% = |

 W = Gđ.(1 
 %SSW = |

) = 6,86 (kg)
|.100 = 48,65%

) = 10,62.(1 

|.100% = |

 W = Gđ.(1 
 %SSW = |

) = 10,62.(1 

) = 7,53 (kg)
|.100 = 35,06%

) = 10,62.(1 

|.100% = |

) = 8,21 (kg)
|.100 = 28,5%

STT

W (kg)

W* (kg)

SSW (%)

xC

xC*

SSxC (%)

1

5,26

0,15

97,15

30,12

30,1

0,07

2

5,52

1,08

80,43

31,65

31,7

0,16

3

6,19

2,20

64,46

36,44

36,5

0,16

4

6,86

3,53

48,65

42,93

42,9

0,07

5

7,53

4,89

35,06

52,24

52,2

0,08

6

8,21

5,87

28,5

66,98

67

0,03

f.

Tính tổng sản phẩm thu được là

V = Vngưng + Vsau cô đặc + Vmẫu = 5899 + 3780 + 280 = 9959 ml = 9,959 l

So với thể tích dung dịch đường nhập liệu ban đầu là 10 (lít), thiếu hụt:

10 – 9,959 = 0,041 (lít) = 41 mL
g.

Đồ thị.

19


 Biểu diễn quan hệ giữa chỉ số Bx và thời gian cô đặc
80
70

Nồng độ Brix

60
50
40
30
20
10
0
10

20

30

40
Thời gian τ

50

60

70

 Biểu diễn quan hệ giữa lượng nước ngưng thu được và thời gian cô đặc

Lượng nước ngưng V (ml)

1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0

10

20

30
40
Thời gian τ

20

50

60

70


III. BÀN LUẬN
Q trình cơ đặc có thể tiến hành trong thiết bị cô đặc một nổi hoặc nhiều nổi làm việc
gián đoạn hay liên tục. Khi cô đặc gián đoạn dung dịch cho vào thiết bị một lần rồi cô
đặc đến nồng độ yêu cầu, hoặc cho vào liên tục giữ ngun mức chất lỏng khơng đổi
trong q trình và khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu sẽ lấy ra hết rồi tiếp tục cho dung
dịch mới vào để cô đặc tiếp.
Khi cô đặc liên tục trong thiết bị cơ đặc nhiều nồi thì dung dịch được đưa vào liên tục
và hơi đốt cho vào liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục. Trong quá trình cơ đặc
có thể tiến hành ở áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật. - Cô đặc ở áp suất
thường thì thiết bị để hở, cơ đặc ở áp suất chân khơng thì nhiệt độ sơi dung dịch giảm
do đó chi phí hơi đốt giảm và hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch giảm do đó
diện tích bề mặt truyền nhiệt giảm, cơ đặc chân khơng cho phép cơ đặc dung dịch có
nhiệt độ cao ở áp suất thường có thể sinh ra phản ứng phụ khơng mong muốn ( oxy
hóa, đường hóa, nhựa hóa)
Cơ đặc ở áp suất cao chỉ xảy ra trong các nồi cô đặc đặt trước đối hệ thống cô đặc
nhiều nổi.
Q trình tiến hành thí nghiệm đã có sự chênh lệch giữa khối lượng chất tan khi cô đặc
giữa lý thuyết và thực nghiệm
Khối lượng chất ban đầu 10 (lít), sau khi cơ đặc khối lượng chất cịn lại là 9,959 (lít)
chênh lệch với giá trị là ban đầu là 0,41 (lít) mất đi chính là khối lượng dung mơi thốt
ra.
Qua thí nghiệm, ta nhận thấy giữa lý thuyết và thực nghiệm ít nhiều có sự khác biệt.
do ảnh hưởng của một số yếu tố không mong muốn nên đã dẫn đến sai số, có thể kể

đến như: áp suất, nhiệt độ.

21


BÀI 3: CHƯNG CẤT
I. CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1. Chưng cất là gì?
Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗn
hợp khí – lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử
trong hỗn hợp (ở cùng điều kiện)
2. Nêu một số loại thiết bị chưng cất.
 Tháp mâm xuyên lỗ
 Tháp mâm chóp
 Cột chêm
3. Thí nghiệm này khảo sát những yếu tố nào?
 Chỉ số hồi lưu.
 Nhiệt độ và vị trí mâm nhập liệu đến số mâm lý thuyết.
 Hiệu suất quá trình chưng cất và lượng nhiệt cần sử dụng.
4. Tỉ số hồn lưu là gì? Khơng có dịng hồn lưu được khơng?
 Chỉ số hồn lưu R là chỉ số giữa lưu lượng dịng hồn lưu (Lo) và lưu lượng
dịng sản phẩm đỉnh (D)
 Khơng thể khơng có dịng hồn lưu vì dịng hồn lưu giúp tăng nồng độ sản
phẩm đỉnh, tránh hiện tượng khô mâm và làm cho tháp hoạt động.
5. Nêu điều kiện mơ hình mâm lý thuyết.
Điều kiện động lực học lưu chất lý tưởng trên mâm lý tưởng cho hai pha lỏng – hơi là:
h. Pha lỏng phải hồn tồn hịa trộn trên mâm.
i. Pha hơi không lôi cuốn các giọt lỏng từ mâm dưới lên mâm trên và đồng thời
có nồng độ đồng nhất tại mọi vị trí trên tiết diện.
j. Trên mỗi mâm ln đạt sự cân bằng giữa hai pha.

6. Có mấy loại hiệu suất mâm?
Có 3 loại hiệu suất mâm được dùng là:
 Hiệu suất mâm tổng quát liên quan đến toàn tháp.
 Hiệu suất mâm Murphree, liên quan đến một mâm.
 Hiệu suất cục bộ, liên quan đến một vị trí cụ thể trên một mâm.
7. Nêu định nghĩa các hiệu suất mâm và mối tương quan nếu có.
22


 Hiệu suất tổng quát E0: là hiệu suất đơn giản khi sử dụng nhưng kém chính xác
nhất, được định nghĩa là tỉ số giữa số mâm lý tưởng và số mâm thực cho toàn
tháp.
0=

ố mâm lý tưởng
ố mâm thực tế

 Hiệu suất mâm Murphree: là tỉ số giữa sự biến đổi nồng độ pha hơi qua một
mâm với sự biến đổi nồng độ cực đại có thể đạt được khi pha hơi rời mâm cân
bằng với pha lỏng rời mâm thứ n
M

=

yn yn

1

yn yn

1

Trong đó: yn – nồng độ thực của pha hơi rời mâm lần thứ n
yn+1 – nồng độ thực của pha hơi vào mâm lần thứ n
y*n – nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng rời ống chảy chuyền
mâm lần thứ n
 Hiệu suất cục bộ: là hiệu suất khi pha lỏng rời mâm có nồng độ khơng bằng với
nồng độ trung bình của pha lỏng trên mâm nên dẫn đến khái niệm hiệu suất cục
bộ.
M=

yn yn 1
yen yn 1

Trong đó: y’n – nồng độ pha hơi rời khỏi vị trí cụ thể trên mâm n
y’n 1 – nồng độ pha hơi vào mâm n tại cùng vị trí
y’en – nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng tại cùng vị trí
8. Sơ đồ nguyên lý thiết bị.

23


Trong đó:
A. Thùng chứa nhập liệu

H. Bơm hồn lưu.

B. Bơm nhập liệu.

I. Điện trở gia nhiệt hoàn lưu.

C. Lưu lượng kế nhập liệu.

J. Thùng cao vị nhập liệu

D. Điện trở gia nhiệt nhập liệu.

K. Bình chứa sản phẩm.

E. Cột chưng cất.

L. Thùng cao vị hoàn lưu.

F. Nồi đun.

M. Lưu lượng kế hồn lưu

G. Thiết bị ngưng tụ.
9. Trình bày trình tự thí nghiệm.


Bước 1: Vận hành thiết bị

Cho 50 lít cồn thơ vào bình chứa nhập liệu A.


Mở van 6, van 14, bật bơm nhập liệu B để đưa cồn thô vào nồi đun F cho
đến khi dung dịch ngập điện trở (khoảng 1/3 nồi đun) thì tắt bơm, khóa van
6, van 14.



Mơ van 11 thơng áp bình chứa sản phẩm đỉnh và mở van 12 cho nước vào
thiết bị ngưng tụ.
24