THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ BÀI CÔ ĐẶC

BÀI 3: QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

1


1.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
-

Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quá trình và thiết bị cô đặc.
Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng để xác định các thông số cần thiết.
Giúp sinh viên vận hành chính xác thiết bị, đo đạc các thông số của quá trình và thiết bị.
Xác định năng suất và hiệu suất cuối cùng.
Đánh giá quá trình hoạt động gián đoạn.

2.CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
2.1. Chuẩn bị thí nghiệm
2.1.1. Kiểm tra các hệ thống phụ trợ
- Bậc công tắc nguồn cấp cho tủ điện.
- Kích hoạt bộ điều khiển bằng cách chuyển công tắc tổng sang vị trí 1, công tắc đèn hiển

thị trắng sáng.
- Kích hoạt mô hình thí ngiệm bởi công tắc cấp nguồn cho các thiết bị phụ trợ (nếu cần
-

thiết sử dụng công tắc khẩn cấp) để kích hoạt mô hình, lúc này đèn xanh sáng.
Bộ hiển thị số được cấp điện.
Mở van nguồn cung cấp nước giải nhiệt cho hệ thống.
Kiểm tra ống nhựa mềm dẫn nước giải nhiệt đầu ra được đặc đúng nơi quy định.
Mở van V9.

Kiểm tra áp suất hệ thống đạt được 1 bar.
Mở van V6 để lưu thông nước trong thiết bị ngưng tụ.

2.1.2. Kiểm tra mô 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.
Mô hình bao gồm dung dịch để cô đặc.
Các van V3, và V4 đóng.

2.1.3. Chuẩn bị dung dịch
- Chuẩn bị 7 lít dung dịch CuSO 4 loãng ( có thể pha mới theo yêu cầu giáo viên hướng

dẫn).
- Xác định nồng độ (g/l) của dung dịch.
- Xác định khối lượng riêng của dung dịch.

2.2. Tiến hành thí nghiệm
2.2.1. Giai đoạn đun sôi dung dịch.

Cho dung dịch vào nồi đun (7 lít dung dịch).
Khóa van V1, VP1.
Kích hoạt bộ gia nhiệt, điều chỉnh công suất nhiệt lên 100%.
Chỉnh lưu lượng nước cho thiết bị ngưng tụ ECH1 với lưu lượng là 100 l/h bằng cách
mở.
- Đo thời gian và quan sát dung dịch trong nồi đun từ lúc bắt đầu đun đến khi dung dịch
sôi, quan sát nhiệt độ đầu vào và đầu ra của nước giải nhiệt và ghi chú.
- Đo nhiệt độ của dung dịch trong nồi đun từ lúc bắt đầu và khi dung dịch sôi.

-

2.2.2. Giai đoạn bốc hơi dung môi
- Mở van VP1.
QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

2


- Giảm nhẹ công suất bộ gia nhiệt để giữ ổn định nhiệt độ hiệu số giữa TI3 và TI5 (đầu

vào, đầu ra chất tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ).
- Đồng thời ghi nhận quá trình từ lúc bắt đầu đên khi lượng nước ngưng tụ được 2 lít thì
-

ngừng quá trình.
Đo nhiệt độ của nước giải nhiệt vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ.
Quan sát nhiệt độ của dung dịch trong nồi đun khi thực hiện quá tình và ghi chú.
Đo nồng độ dung dịch khi kết thúc quá trình (đo dung dịch ở nhiệt độ khoảng 30 0C.
Xác định khối lượng riêng của dung dịch sau quá trình cô đặc.

2.2.3. Kết thúc thí nghiệm
-

Tắt W1.
Khóa van VP1.
Đợi cho dung dịch trong nồi đạt đến nhiệt độ khoảng 30 0C.
Khóa van nguồn nước giải nhiệt cấp cho thiết bị ngưng tụ ECH1.
Tháo hết dung dịch trong nồi đun qua van V2.
Tháo dung môi (nước) trong bình chứa hơi thứ.

Tiến hành làm vệ sinh và kết thúc bài thí nghiệm.

2.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
2.1.Bảng số liệu đo được
T5 (0C)

Vdm (lít)
29,8
29,8
42,8

2.2.Xử lý số liệu
 Xác định nồng độ của dung dịch.
Trước khi cô đặc.

Tiến hành đo quang dung dịch CuSO4 ở bước sóng 890nm ta được :
Độ hấp thu A1 = 1,796
C1 (g/l) = 23,156
Khối lượng riêng = 998,6 kg/m3
[C1] (g/g) = = 0,0232
-

Sau khi cô đặc.
Độ hấp thu A2 = 2.512
C2 (g/l) = 33,60
Khối lượng riêng = 1001.9 kg/m3
[C2] (g/g) = = 0,0335

 Tính toán về cân bằng vật chất
− Thể tích dung dich cho vào nồi đun : 7 lít



Khối lượng 100 ml dung dich CuSO4 cân được : 99,86 g
= 99,86 x 70 = 6990,2 g

QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

3


−


Thể tích dung dich sau khi cô đặc : 5 lít
Khối lượng 100 ml dung dich CuSO4 cân được : 100,19 g
= 100,19 x 50 = 5009,5 g

Khối lượng chất tan sau khi cô đặc : mctan = [C2] (g/g) x = 0,0335 x 5009,5 = 167,81 g
 Tính toán về cân bằng năng lượng.
• Nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho quá trình đun nóng Qk 1.

Qk1 =1× τ1 = 2000 x 14 x 60 = 1 680 kJ.
•

Nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho quá trình hóa hơi dung môi.
Qk2 = W2 × × τ2 = 1600 x 45 x 60 = 4 320 kJ.`

•

Nhiệt lượng nước giải nhiệt nhận được ở thiết bị ngưng tụ.

Qng = GH2O × pH2O ×CH2O × (TS – TE) × τ2
=2,77 . 10-5 x 996 x 4,18 (42,8 – 29,8) x 2700 = 4047,83 (kJ)

Trong đó :
GH2O : lưu lượng nước vào thiết bị ngưng tự, GH2O =100 (l/h) = 2,77 . 10-5 (m3/s)
o
3
H2O : khối lượng riêng của nước, H2O (ở 29,8 C ) = 996 kg/m
CH2O : nhiệt dung riêng của nước , CH2O (ở 29,8oC ) = 4,18 kJ/kg.K
(TS – TE) : chênh lệch nhiệt độ của nước ra và vào , TS = 42,8 oC , TE = 29,8 oC
τ2 : thời gian thực hiện quả trình hóa hơi , τ2 = 45(phút) = 2700 (s)
• Nhiệt lượng nhận được để hóa hơi.
Mvap = - = 6990,2 - 5009,5 = 1980,7 g = 1,9807 kg
 Q2 = Mvap × ivap =1,9807 × 126 = 249,57 kJ.

ivap : hàm nhiệt của hơi nước thoát ra ở áp suất thường ta chon giá trị là i = 126
kJ/kg ở 300C.

2.3.Tổng hợp kết quả
Bảng cân bằng vật chất
(g)
6990,2
Bảng cân bằng năng lượng
Nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho quá trình đun nóng Qk1 (kJ)
1 680

3.BÀN LUẬN, NHẬN XÉT
Nhâân xét về nồng đôâ đo được
Nồng đôâ chất tan lúc sau cao hơn nồng độ chất tan ban đầu.
Do trong quá trình cô đăâc lượng nước trong dung dịch được hóa hơi và tách ra khỏi dung

dịch, làm cho nồng đôâ chất tan tăng lên.
QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

4


Nhận xét về nhiệt độ
Nhiệt độ trong nồi đun khi thực hiện giai đoạn hóa hơi dung môi tăng lên.
Do nhiệt độ của dung dịch sau quá trình gia nhiệt cao và truyền qua nồi đun, nên nhiệt độ
nồi đun tăng lên.
Nguyên nhân gây sai số khi tính toán cân bằng vâât chất và năng lượng
 Sai số khi tính toán về vâât chất.
- Trong quá trình làm thí nghiệm có thể xay ra nhưng phản ứng không mong muốn như

oxy hóa, hay hiêân tượng phân ly tạo thành Cu bán trên thanh kim loại của thiết bị gia
nhiêât.
- Sau khi kết thúc thí nghiêâm, hơi nước sau khi ngưng tụ vẫn còn bám lại môât ít trong
thiết bị ngưng tụ.
=> Dẫn đến sai số khi tính nồng đôâ chất tan sau khi cô đăâc.
 Sai số về năng lượng
- Trong quá trình gia nhiêât, nhiêât lượng tỏa ra xung quanh nồi đun và làm mất đi một
phần năng lượng.
- Trong quá trình dẫn nước, do ống dẫn nước vào làm lạnh của thiết bị ngưng tụ quá
dài nên sẽ dẫn đến tổn hạo nhiêât đôâ.
 Nên rất khó để đo chính xác được nhiêât độ của chất tải lạnh khi ra khỏi thiết bi
ngưng tụ.
Nhận xét về số liệu thực nghiệm và số liệu thực tế.
Khối lượng chất tan thực tế lớn hơn so với khối lượng chất tan lý thuyết theo ( theo công
thức bảo toàn [C2] x =[C1] ) .
−

−

Do sai số về nồng độ chất tan sau quá trình cô đặc như đã nói ở trên.
Do sai số về thiết bị.

QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

5