Huong dan thi nghiem QTTB

Bài 1: Xác định độ nhớt của chất lỏng, trạng thái không khí ẩm, hệ
số phân bố
I- XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT CỦA CHẤT LỎNG
1) Lý thuyết

Khi chất lỏng chuyển động sẽ tạo ra quá trình trượt giữa các lớp chất lỏng giống như
hiện tượng ma sát, vì có lực ma sát trong lòng lớp chất lỏng. Lực ma sát gây ra sức cản
của chất lỏng đối với chuyển động tương đối của các phần tử chất lỏng. Tính chất này
của chất lỏng thực gọi là độ nhớt.

Nội ma sát:

Giả sử lớp A chuyển động với vận tốc w, lớp B chuyển động với vận tốc w+dw, hai lớp
chuyển động song song và khoảng cách hai lớp là dn.
Khi đó:

S = µ.F., N

S – lực ma sát bên trong chất lỏng, N
F-diện tích mặt tiếp xúc giữa các lớp chất lỏng, m2
– gradient vận tốc
µ- hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng, gọi là độ nhớt động lực học.

µ = , N.s/m2
Ngoài ra thứ nguyên của độ nhớt động lực học còn tính theo các đại lượng sau kg/m.s,
Poa (P), centipoa (cP).
1P =100cP =0,1 N.s/m2 =0,0102 kp.s/m2
Nếu lập tỷ số của độ nhớt động lực học và khối lượng riêng của chất lỏng gọi là hệ số độ
nhớt động học hay độ nhớt động học, ký hiệu �

� = , m2/s

Đơn vị đo độ nhớt động học là stôc (St).
Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 1


1 St =1 cm2/s = 100 cSt (centistôc)
Có nhiều phương pháp đo độ nhớt, sau đây sẽ giới thiệu phương pháp đo độ nhớt bằng
nhớt kế mao quản. Ứng với mỗi chất lỏng có độ nhớt khác nhau phải có một nhớt kế có
giới hạn đo phù hợp.
2) Tiến hành thí nghiệm và lấy số liệu

Phương pháp này theo tiêu chuẩn ASTM D 445 nhằm xác định độ nhớt động học của
những sản phẩm dầu mỏ trong cũng như đục, bằng cách đo thời gian để một thể tích chất
lỏng xác định chảy qua một mao quản thủy tinh dưới tác dụng của trọng lực. Độ nhớt
động học là kết quả tính được từ tích số giữa thời gian chảy và hằng số nhớt kế.

-Nhớt kế mao quản
-Bể điều nhiệt
-Nhiệt kế chính xác
-Đồng hồ bấm giây

-Giữ nhiệt độ bể điều nhiệt ổn định theo yêu cầu nhiệt độ thí nghiệm.
-Nhớt kế phải rửa sạch, khô và các thang đo phù hợp với chất lỏng cần xác định độ nhớt,
loại có mao quản rộng dung cho chất lỏng độ nhớt lớn và ngược lại. Nhớt kế thích hợp
phải có thời gian chảy >= 200 giây.
-Nạp chất lỏng vào nhớt kế với thể thích thích hợp (tùy theo từng loại nhớt kế).
-Nhớt kế đã nạp phải giữ trong bể điều nhiệt khoảng 30 phút để đảm bảo nhiệt độ chất
lỏng cần tiến hành đo, chỉnh lại chất lỏng trong nhớt kế nếu cần thiết. Nếu đo độ nhớt tại
nhiệt độ phòng thì không cần đưa vào bể điều nhiệt.

-Dùng bóp cao su tạo lực hút hay đẩy cho mực chất lỏng trong mao quản lên cao hơn
mực dánh dấu thứ nhất khoảng 5 mm. Để chất lỏng chảy tự do và dung đồng hồ bấm giây
xác định thời gian chất lỏng chảy từ mực đánh dấu thứ nhất đến mực đánh dấu thứ 2.
Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 2


-Lập lại thí nghiệm sao cho kết quả sai số giữa hai lần không quá 0,2 %.
-Thường tiến hành 3 lần đo thời gian và lấy giá trị trung bình.

t = (s)
-Xác định độ nhớt của mẫu tại nhiệt độ phòng, 400C, 1000C.
-Đối với nhớt kế loại 1: � = C.t (cSt)
C- là hằng số nhớt kế, cSt/s
-Đối với nhớt kế loại 2:
Đoạn trên: �1= C1.t1, cSt
Đoạn dưới: �2= C2.t2, cSt
�=
-

C1, C2 hằng số nhớt kế đoạn trên và dưới, cP/s
Từ độ nhớt động học ở 400C và 1000C tính ra chỉ số độ nhớt theo công thức
Pavơlôp:
K= = const

Trong đó:
T1, T2 – Nhiệt độ mà tại đó chất lỏng A có độ nhớt µ1, µ2
- Nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn bất kỳ có cùng độ nhớt µ1, µ2
-

Như vậy để tính độ nhớt của chất lỏng A tại nhiệt độ T3, ta chỉ cần xác định độ
nhớt của chất lỏng tiêu chuẩn ở nhiệt độ �3.
K=

�3 = +

2

Tài liệu tham khảo:
1) Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm; tập 1: các quá trình

thủy lực, bơm, quạt, máy nén; nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2002; tác giả
Nguyễn Bin.
2) Thủy lực đại cương, GS.TSKH Trần Văn Đắc, Nhà xuất bản giáo dục 2004.

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 3


II- XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI CỦA KHÔNG KHÍ ẨM

1. Mục Đích

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 4

Bài thí nghiệm giúp sinh viên biết cách xác định trạng thái không khí ẩm thông
qua việc đo nhiệt độ bầu khô và bầu ướt của không khí.
2. Ý nghĩa
Đây là bài thí nghiệm có ứng dụng quan trọng trong thực tế.
Khi tính toán quá trình sấy cần biết nhiệt độ điểm sương vì đó là giới hạn của quá
trình làm lạnh hỗn hợp không khí ẩm trong điều kiện

x = const

.

Biết được nhiệt độ điểm sương để chọn nhiệt độ cuối của quá trình sấy phải lớn
hơn nhiệt độ điểm sương để tránh ngưng tụ trên bề mặt vật liệu sấy.
Trong dự báo thời tiết người ta dùng phương pháp này để xác định trạng thái của
không khí ẩm tại điểm đo vào thời điểm đo.
3. Lý thuyết của phương pháp đo có dùng đồ thị I-x (đồ thị L.K Ramzin)
Trạng thái của không khí ẩm được đặc trưng bằng 4 thông số trạng thái cơ bản là
t C, I, x, φ. Nếu dùng đồ thị I-x ta chỉ cần 2 trong 4 thông số cơ bản trạng thái của không
khí ẩm, vì mỗi điểm trong đồ thị I-x là giao điểm của 4 đường: đẳng nhiệt (t o), đẳng độ
ϕ
ẩm tương đối ( ), đẳng hàm ẩm (x) và đẳng enthalpi (I).
0

a. Điểm sương (ts)
Có một hỗn hợp không khí ẩm chưa bão hòa hơi nước. Làm lạnh hỗn hợp này
trong điều kiện

x = const

thì nhiệt độ của khối khí giảm dần, độ ẩm tương đối của không

ϕ = 100%
khí tăng dần đến trang thái bão hòa hơi nước nghĩa là
. Nếu tiếp tục giảm nhiệt
độ của khí thì hơi nước trong khối không khí đó sẽ bắt đầu ngưng tụ, hàm ẩm của hỗn
hợp khí bắt đầu giảm. Nhiệt độ của không khí tương ứng với trạng thái bão hòa hơi nước
gọi là nhiệt độ điểm sương, ký hiệu là ts. Vậy điểm sương là giới hạn của quá trình làm
lạnh không khí trong điều kiện hàm ẩm

x = const

.

b. Nhiệt độ bầu ướt (tu)
Nếu ta cho bay hơi nước có trong khối không khí chưa bão hòa trong điều kiện
đoạn nhiệt, nghĩa là quá trình bay hơi nước diễn ra do nhiệt của khối không khí đó cung
cấp mà không cần cung cấp thêm nhiệt và cũng không cần lấy bớt nhiệt của khối không
Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 5


khí đó. Khi đó nhiệt độ không khi sẽ giảm dần, hơi ẩm tăng dần đến khi khối không khí
đó bão hòa hơi nước thì hệ đạt được trạng thái cân bằng động. Nghĩa là cứ trên một đơn
vị bề mặt bốc hơi, trong cùng một đơn vị thời gian. Lượng ẩm bay hơi vào trong không
khí bằng lượng ẩm ngưng tụ từ không khí vào nước. Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ bầu ướt,
kí hiệu là (tu)
Vậy nhiệt độ bầu ướt là một thông số đặc trưng cho khả năng cấp nhiệt của không
khí để làm bay hơi nước cho đến khi không khí bão hoa hơi nước.
c. Nhiệt độ bầu khô (t)
Nhiệt độ bầu khô gọi là giá trị đọc được trên nhiệt kế thường, kí hiêu là (t)

Hiệu số

ε = t − tu

gọi là thế sấy đặc trưng cho khả năng hút ẩm của không khí

4. Phương pháp đo nhiệt độ bầu ướt.
Để đo nhiệt độ bầu ướt ta dùng ẩm kế. Ta cũng có thể dùng nhiệt kế thường có bọc
vải ướt. Một đầu vải ướt được nhúng vào trong nước, để tạo ra môi trường không khí
ϕ = 100%
xung quanh bầu thủy ngân có
.
Giá trị đọc trên nhiệt kế bầu ướt là nhiệt độ bầu ướt (tu).
Giá trị đọc trên nhiệt kế thường là nhiệt độ bầu khô (t).

5. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
÷

1. Nhiệt kế thủy ngân 0 100oc (2 chiếc)
2. Cốc thủy tinh 50ml.
3. Giản đồ Ramzin

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 6


6. Tiến hành thí nghiệm và xác định các thông số
-

Lắp ráp dụng cụ thí nghiệm như hình 2.
→
Đo nhiệt độ bầu ướt. tu (oc)

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 7


-

→

Đo nhiệt độ bầu khô.

t (oc)

→
Xác định nhiệt độ điểm sương ts (oc)
Đưa ra các đại lượng có được vào giản đồ RamJin theo thứ tự các bước sau:

Bước 1: Vạch đường đẳng nhiệt qua điểm tương ứng với t.
Bước 2: Vạch đường đẳng nhiệt qua điểm tương ứng với tu gặp đường
Bước 3: Vạch đường thẳng
Bước 4: Từ A vạch đường

I = const
x = const

ϕ =1

ở (3)

qua (3), cắt đường thẳng đẳng nhiệt qua t tại A

tới khi cắt đường

ϕ =1

tại điểm (5).

Bước 5: Vạch đường đẳng nhiệt qua (5) ta có nhiệt độ điểm sương của không khí ở
trạng thái tương ứng ở điểm A.
Bước 6: Cũng theo đường

x = const

ta xác định được hàm ẩm của không khíx (điểm 8)

Bước 7: Xác định áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong không khí (điểm 9)
Ph

Để đối chiếu với giá trị
xác định bằng giản đồ RamJin ta có thể xác định áp
suất riêng phần của hơi nước trong không khí theo công thức sau:

PA = Pb′ − A(t − tu ) P
Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 8

Bước 8: Qua điểm A ta xác định độ ẩm tương đối

ϕ

của không khí ở trạng thái A.

7. Kết luận
Trạng thái của không khí mà ta khảo sát được đặc trưng bằng các thông số sau:

Ngày………….………giờ………….………….
Địa điểm khảo sát………….………….………….………….………….
t

ϕ

tu
ts
Ph

I

Ph

x

tính cho giá trị đúng hơn.

-Dùng ẩm kế đọc kết quả độ ẩm trên mặt đồng hồ và so sánh với giá trị xác định được

theo phương pháp trên. Đưa ra nhận xét.

Tài liệu tham khảo

[1]

[2]

f
Nguyễn Bin
Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực
phẩm, tập 4, NXB: KH & KT, Hà Nội, 2008.
f
Trịnh Văn Dũng
QT và TB công nghệ hóa học và thực phẩm. Bài tập
f
truyền khối NXB: ĐH Quốc gia TP.HCM, 2008.

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 9


II- XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ
1- Mục đích :
Giúp cho sinh viên hiểu về sự chuyển dich của cấu tử phân bố trong hai pha cân bằng
với nhau và cách xác định hệ số phân bố đó.
Đó là một đại lượng đặc trưng cho quá trình chuyển khối, đặc biệt đối với quá trình
trích ly lỏng-lỏng.

2- Lý thuyết cân bằng pha
Ta khảo sát sự chuyển chất của amoniac làm ví dụ.
Amoniac là một cấu tử phân bố có trong hỗn hợp của nó với không khí. Hỗn hợp bị hấp
thụ bằng nước sạch. Khi chưa có sự cân bằng amoniac sẽ chuyển tới pha hơi Фy, ở đó
nồng độ của nó bằng y, sang pha lỏng Фx có nồng độ đầu của amoniac bằng không,
nghĩa là x = 0.
Khi amoniac hòa tan vào nước thì cũng bắt đầu sự chuyển một phần phân tử amoniac
theo hướng ngược lại với tốc độ tỷ lệ thuận với nồng độ amoniac và tại biên giới pha .
Theo thời gian tốc độ chuyển dịch amoniac vào nước giảm dần và tốc độ chuyển
dịch ngược lại tăng dần .Sự chuyển dịch này diễn ra cho đến khi nào tốc độ chuyển dich
về hai phía bằng nhau. Khi đó sẽ thiết lập một cân bằng động ở đó sự chuyển dịch vật
chất từ pha này đến pha khác sẽ diễn ra không rõ rệt lắm.
Ở thời điểm cân bằng, giữa nồng độ cân bằng hay nồng độ giới han của cấu tử trong các
pha có một mối quan hệ xác định (tùy thuộc nhiệt độ và áp suất) như sau:

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 10


()

y* = f x

(1)

()

x* = f 1 y

x

(2)

: nồng độ NH3 trong pha lỏng

y
*:

nồng độ NH3 trong pha hơi cân bằng với nó

Tỷ số nồng độ các pha ở trạng thái cân bằng với nó là hệ số phân bố

m=

y*
x

Hệ số phân bố là tan của góc nghiêng của đường cân bằng, đối với đường cong cân
bằng thì m không phải là một hằng số, nó có thể lớn hơn, nhỏ hơn hay bằng 1.Với quá
trình trích ly , m càng lớn hơn 1 thì càng dễ trích ly .
3. Dụng cụ và hóa chất :
- Cốc thủy tinh 50ml
- Cốc thủy tinh 200ml
- Máy khuấy từ
- Buret 25ml
- Toluen ( sạch )
- Axit xalycilic ( tinh thể)
- Nước cất
- Dung dịch NaOH 1N

- Phenolphtalein
- Ống đồng 100ml
Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 11


- Phễu chiết 200ml
4. Phương pháp thực nghiệm :
Cho vào cốc thủy tinh 50ml nước cất và 50ml toluene sạch . Cân a gam (khoảng
0,5 gam) axit xalycilic tinh thể rồi cho vào cốc có hỗn hợp nước và toluene ở trên.
Khuấy liên tục trong 15 phút. Sau đó, đổ toàn bộ dung dịch vào phễu chiết, chờ hỗn
hợp phân lớp rõ rệt (khoảng 30phút), thận trọng mở van lấy ra phần nước trắng phía
dưới, đem đi chuẩn độ
Lấy ra 10ml vào 1 cốc rồi chuẩn độ bằng NaOH 1N có chất chỉ thị phenolphthalein
(làm 3 lần thí nghiệm).

Dựa vào công thức :

V1N1= V2N2

Trong đó : + V1_ml dung dịch axit xalycilic

+

+

N1_nồng độ của dung dịch

+

V2_ml dung dịch NaOH 1N

N2_Nồng độ dung dịch NaOH 1N

Vậy nồng độ cuả dung dịch axit xalycilic là :

N1=

V2 .N 2
V1

Tính lượng axít xalycilic đã tan vào trong 50ml nước là : m1

Và lượng axít phân bố trong toluene là : m2 = a – m1
Từ đây ta xác định hệ số phân bố :

m=

m1
m2

5. Tài liệu tham khảo :

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 12


[1] Nguyễn Bin . Các QTTB trong công nghệ hóa chất và thực phẩm – tập 4 – NXB

KHKT, 2006, Hà Nội , chương 4 . Trích ly chất lỏng ( tr 197 ) .

Bài 2: Thí nghiệm reynold, dòng chảy qua lỗ
I: THÍ NGHIỆM REYNOLDS
1)

Mục đích
Có 2 trạng thái chuyển động của lưu chất: Trạng thái chảy tầng và chảy rối,
giữa hai trạng thái này có trạng thái chảy quá độ. Các trạng thái này có những tính
chất khác hẳn nhau và tạo ra những nguyên tắc khác nhau gây ra sự tiêu hao năng
lượng của dòng chảy.
Mô hình thí nghiệm này giúp sinh viên hình dung được:
- Quan sát, phân biệt hai trạng thái của lưu chất và sự quá độ từ trạng thái này
sang trạng thái kia của lưu chất.
- Xác định giá trị của Re để dòng chảy tầng, chảy rối và so sánh với kết quá thực
nghiệm của Reynolds.

2)

Lý thuyết
-Các phần tử chuyển động song song nhau theo một đường thẳng với vận tốc
chậm gọi là chảy dòng. Ngược lại các phần tử chuyển động với vận tốc nhanh theo
đường thẳng không thứ tự với các hướng khác nhau tạo thành một dòng rối gọi là
chảy rối (chảy xoáy).

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 13

Khi vận tốc tăng lên dòng bị chảy rối, nên xuất hiện dòng xoáy, các phần tử chuyển
động với vận thay đổi cả giá trị và hướng tạo thành parabol tù. Dọc thành ống có lớp
biên, ở lớp biên vận tốc chất lỏng giảm dần và sát thành ống bằng 0. Trong lớp biên
chất lỏng chảy tầng.
-Để quan sát chế độ chuyển động của dòng chảy cho một dòng chất màu chuyển động
cùng dòng chảy trong ống. Khi lưu lượng nhỏ tia màu chuyển động theo đường thẳng,
không dao động và dung dịch màu không có sự hòa trộn vào nước. Khi lưu lượng
tăng đến một mức nào đó thì tia màu bắt đầu gợn sóng, kết thúc giai đoạn chảy tầng.
-Nếu lưu lượng dòng chảy tăng đến một giới hạn nhất định thì tia màu bị dao động
mạnh và đứt đoạn, hòa trộn vào dòng chảy. Lúc này đã chuyển sang chảy rối hoàn
toàn. Theo Reynolds dòng chảy chuyển từ trạng thái chảy tầng sang chảy rối phải qua
bước trung gian là trạng thái chảy quá độ.
-Khi dòng chảy ở trạng thái chảy rối hoàn toàn và tiến hành giảm lưu lượng đến một
mức nào đó tia màu trở về trạng thái gợn sóng và chảy theo đường thẳng là dòng chảy
trong ống đã chuyển từ trạng thái chảy rối sang chảy tầng.
-Sự thay đổi trạng thái lưu chất phụ thuộc vào một đại lượng không thứ nguyên Re,
đặc trưng cho dòng chảy có ma sat, được lập theo tỷ số giữa lực ma sát và lực quán
tính.

Re = =
Trong đó:

ρ- khối lượng riêng, kg/m3
w- vận tốc, m/s
l -chiều dài đặc chưng (đường kính), m
µ- độ nhớt động lực học, Ns/m2
�- độ nhớt động học, m2/s

�=

-Việc tăng dần lưu lượng là tăng dần Re, khi Re càng nhỏ thì lực ma sát nhớt càng lớn
vì vậy mọi kích động của dòng chảy sẽ bị lực ma sat nhớt dập tắt, ta có trạng thái chảy
tầng. Ngược lại khi Re lớn lực quá tính tăng nên lực ma sat nhớt không đủ lớn để dập
tắt các kích động dẫn đến dòng lưu chất chuyển sang chảy rối.
Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 14


Đối với ống và máng dẫn không phải là tròn đường kính tương đương tính theo công
thức dtđ = d = 4 rtl .

rtl =
Trong đó:

rtl -bán kính thủy lực, m
f - tiết diện ống, m2
U - chu vi thấm ướt của ống, m

Đối với ống hình chữ nhật dạng a.b

rtl = =
dtd = 4 rtl =
3) Tiến hành thí nghiệm và lấy số liệu
a) Thí nghiệm Reynolds đối với ống thẳng

- Lưu lượng tăng dần: Mở khóa cho lưu lượng nước tăng dần đến khi dòng chảy ổn
định, dùng ống đong 1 lit để đo lưu lượng của dòng chảy. Đo thời gian nước chảy đầy
ống hoặc một thể tích chọn trước, tiến hành 3 lần đo với cùng một mức lưu lượng
dòng chảy. Để lưu lượng dòng chảy ổn định thì mực nước trên bể phải không có sự

thay đổi. Tiến hành đo ứng với 3 trạng thái chảy tầng, quá độ, rối và lập bảng tính
toán.
Chảy tầng:
Thể tích chất lỏng (nước) V=……m3
Thời gian đo lần 1, t1 =……..(s)
Thời gian đo lần 2, t2 =……..(s)
Thời gian đo lần 3, t3 =……..(s)
Thời gian trung bình, ttb = (s)
Lưu lượng dòng chảy Q =

(m3/s)

Vận tốc chất lỏng w = (m/s), S là tiết diện ống S = (m2)

Re =
Chảy quá độ:
Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 15


Thể tích chất lỏng (nước) V=……m3
Thời gian đo lần 1, t1 =……..(s)
Thời gian đo lần 2, t2 =……..(s)
Thời gian đo lần 3, t3 =……..(s)
Thời gian trung bình, ttb = (s)
Lưu lượng dòng chảy Q =

(m3/s)

Vận tốc chất lỏng w = (m/s), S là tiết diện ống S = (m2)

Re =
Chảy rối:
Thể tích chất lỏng (nước) V=……m3
Thời gian đo lần 1, t1 =……..(s)
Thời gian đo lần 2, t2 =……..(s)
Thời gian đo lần 3, t3 =……..(s)
Thời gian trung bình, ttb = (s)
Lưu lượng dòng chảy Q =

(m3/s)

Vận tốc chất lỏng w = (m/s), S là tiết diện ống S = (m2)

Re =
-Lưu lượng giảm dần:
Giảm dần lưu lượng và quan sát trạng thái dòng chảy xác định chuẩn số Re tại ba
trạng thái:
Chảy rối….
Chảy quá độ ….
Chảy tầng….
Đưa ra nhận xét về giá trị Re đo được trong thực nghiệm với giá trị của Reynolds đưa
ra, giải thích sự khác nhau đó.
b) Dòng chảy trong đường ống bị gấp khúc

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 16

Mở khóa và điều chỉnh lưu lượng sao cho trước đoạn ống gấp khúc là trạng thái
chảy tầng. Quan sát và nhận xét về trạng thái dòng chảy trong khoảng sau đoạn
gấp khúc.
c) Dòng chảy trong ống có đường kính khác nhau
Điều chỉnh lưu lượng nước sao cho trong đoạn đầu tiên nước chảy tầng sau đó
quan sát trạng thái dòng chảy ở ống có đường kính bé hơn và đưa ra nhận xét.
Tài liệu tham khảo: Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực
phẩm; tập 1: các quá trình thủy lực, bơm, quạt, máy nén; nhà xuất bản khoa học và
kỹ thuật 2002; tác giả Nguyễn Bin.

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 17


II: DÒNG CHẢY QUA LỖ
1)
2)

3)
a)

Mô tả: Xác định lượng chất lỏng chảy trong một thời gian nhất định
Ứng dụng:
- Tính đường kính lỗ cung cấp nhiên liệu lỏng
- Tính đường kính lỗ trong xe vận chuyển xăng dầu
- Tính đường kính ống dẫn nước của xe tưới cây trong công viên
- Tính đường kính của lỗ phun xăng trong bộ chế hòa khí trong động cơ đốt trong
- Dùng trong bộ phận giảm chấn bằng thủy lực của xe gắn máy

- Tính chiều xa dòng nước trong cứu hỏa
- Thiết kế trang trí nhạc nước.
Tiến hành thí nghiệm và lấy số liệu
Sự chảy qua lỗ khi mức chất lỏng ổn định.
- Bơm nước vào hệ thống, xác định chiều cao của cột nước ở mức ổn định (H).
- Xác định đường kính lỗ dòng nước chảy qua (D).
- Dùng ống đong và đồng hồ bấm dây xác định thể tích nước (V) chảy qua lỗ
trong thời gian (T). Tiến hành 3 lần và lấy giá trị trung bình.
STT
1
2
3
Trung
bình

V (m3)

T (s)

Xác định lưu lượng dòng chảy: Q =
(m3/s)
Diện tích lỗ: S = π. (m2)
Vận tốc dòng chảy qua lỗ theo thực nghiệm:
w = (m/s)
- Vận tốc dòng chảy theo lý thuyết:
- Phương trình Bernoulli:
H+ + =
+
-

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

p ,w
2

2

H

Page 18

p ,w
1

1


Do mực nước ổn định nên w2 = 0, p1 = p2
H = → w1 = (m/s)
So sánh kết quả w và w1 và giải thích sự khác nhau đó.
Sự chảy qua lỗ khi mức chất lỏng thay đổi.
Xác định thời gian mức chất lỏng chảy từ mức H đến
H1 dùng đồng bấm giây theo dõi mức chất lỏng và tiến
hành trong 3 lần, sau đó lấy giá trị thời gian trung bình
= (s)
- Theo lý thuyết vi phân biểu diễn quá trình chảy:
-S0dH = S.wdT → dT =
-

b)

so

H

w=
S, S0 là diện tích lỗ và mặt thoáng chất lỏng (m2)

H1

Thời gian cần thiết để chất lỏng chảy hết độ cao H
s

T = -. =
Thời gian để chất lỏng chảy từ H đến H1là:

c)

T = - (s). So sánh kết quá theo công thức này và tính theo thực nghiệm. Giải
thích sự khác nhau đó.
o
x
Tính chiều xa của dòng nước
- Vận tốc dòng nước trước khi ra khỏi lỗ

W0 , bỏ qua sức cản không khí. Quảng
đường theo phương ox là x = w0.T
y
-

Quảng đường dòng nước theo phương oy y =

Vậy dòng nước vạch ra parabol có dạng: y =
Vậy chiều xa của dòng nước tính theo chiều cao y: x =
Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 19


Lấy một độ cao nhất định (y). Sau đó đo vận tốc dòng nước w0 và chiều xa x, so sánh
kết quả thực nghiệm và lý thuyết.

Tài liệu tham khảo: Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm;
tập 1: các quá trình thủy lực, bơm, quạt, máy nén; nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật
2002; tác giả Nguyễn Bin.

Bài 3: CHƯNG CẤT CÓ HƠI NƯỚC
1. Mục đích :

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 20


Bài thí nghiệm này giúp sinh viên hiểu về nguyên lý chưng hệ chất lỏng không hòa tan
vào nhau .
2. Lý thuyết quá trình chưng bằng hơi nước trực tiếp.
Áp dụng định luật Raoult cho hai chất lỏng không tan lẫn vào nhau: Pt = +
Áp suất hơi bão hoà của cấu tử A và B tại nhiệt độ cần khảo sát (Tra cứu sổ tay quá trình
thiết bị).

Khi hỗn hợp sôi ở áp suất khí quyển thì :

+ = 1atm = 760 mm Hg

Vậy khi chưng cất lôi cuốn theo hơi nước của hai chất lỏng không tan lẫn vào nhau thì
giảm được nhiệt độ sôi, đây chính là ứng dụng quan trọng trong thực tế để tách một số
hợp chất hữu cơ có nhiệt độ sôi thấp, tránh phá huỷ cấu trúc phân tử cũng như các phản
ứng phụ xảy ra ở nhiệt độ cao.
= = , Giả sử A là H2O, B là chất cần lôi cuốn theo hơi nước.
Vậy khối lượng nước thoát ra cùng với 1 mol chất lỏng không hoà tan là:
mH2O = 18. (g)
Trong thực tế không có những chất lỏng không hòa tan vào nhau . Chúng hòa tan rất ít
vào nhau đến mức ta coi như không tan lẫn trong nhau .
Ví dụ: Như hệ benzen, nước, cacbon sunphua. Các hỗn hợp này có thể tách thành các cấu
tử riêng biệt bằng phương pháp lắng gạn .
3. Dụng cụ và hóa chất :
- Toluen hoặc benzen sạch
- Bình cầu 3 cổ (nhám) 1 lít
- Ống sinh hàn

2 chiếc
1 chiếc

- Nhúng bò
- Ổ cắm trên bình cầu

1 chiếc

- Nhiệt kế 1500C

1 chiếc

- Ống thủy tinh
Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 21


- Ống nhựa hoặc cao su
- Bếp đun bình cầu
- Ống đong
- Phễu chiết
- Cốc 50ml

Hình 1: Sơ đồ thí nghiệm.
Hệ thống thí nghiệm được lắp ráp như hình 1, hơi nước được tạo ra ở bình 1 theo
ống dẫn 2 sục vào bình 3 có chứa hỗn hợp nước và 50ml toluene đến ½ thể tích bình cầu
Hỗn hợp được gia nhiệt nhờ có hơi nước sục vào. Trong quá trình tiếp xúc giữa hơi
và lớp chất lỏng, toluene là cấu tử cần chưng sẽ vào trong hơi tạo thành một hỗn hợp bay
lên rồi qua ống sinh hàn để ngưng tụ lại. Nước ngưng tụ lại trong cốc đem đi phân lớp, ta
đo thể tích toluene thu được (V:ml). Rồi tính tỷ lệ thu hồi toluene:
Quá trình chưng cất kết thúc khi thấy thể tích lớp toluene trong cốc không đổi.
Trong quá trình chưng cất ta đọc nhiệt độ ghi nhận trên nhiệt kế. Nó là một đại lượng
thấp hơn 1000C. Khi nhiệt độ hơi tăng cao chứng tỏ toluene đã bay hơi hết.

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 22

5. Báo cáo kết quả thí nghiệm :
1-Lượng toluen hỗn hợp với nước
2-Tính chất vật lý của toluene
3-Nhiệt độ hơi chưng
4-số ml toluene thu hồi được
5-Hiệu suất thu hồi toluene
6- So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả được tính theo lý thuyết, đưa ra nhận xét.
7- So sánh nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở nhiệt kế đọc được và nhiệt độ sôi tra cứu được từ
sổ tay. Tại sao khi Toluen bay hơi hết thì nhiệt độ trong bình tăng lên và nhiệt độ sẽ tăng
đến bao nhiêu oC thì nước trong bình bắt đầu sôi tiếp.
7-Kết luận
(Tài liệu tham khảo: Nguyễn Bin, trang 61)

Bài 4: THÍ NGHIỆM TRÍCH LY RẮN – LỎNG
1. Mục đích:
- Thí nghiệm này giúp sinh viên làm quan với một trong các phương pháp phân riêng một
hỗn hợp chất bằng cách dùng một dung môi có tính hòa tan chọn lọc đối với một hoặc vài
cấu tử cần thiết tách khỏi hỗn hợp chung.
Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 23


- Phương pháp này được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa học, hóa dầu, thực phẩm,
xử lí nước thải…một khi không thể dùng phương pháp chưng cất do không có khả năng
về kỹ thuật (vì tạo hỗn hợp đẳng phí, vì sản phẩm không bền với nhiệt) hoặc không có lợi
(vì tiêu hao nhiều nhiệt).
- Yêu cầu cở bản của dung môi:
+ có tính hòa tan chọn lọc;
+ mật độ khác biệt lớn so với mật độ của dung môi dầu;

+ rẻ tiền, dễ kiếm như: nước, dung môi hữu cơ;
2. Cơ sở lý thuyết
- Trong quá trình trích ly sẽ diễn ra sự chuyễn dịch cấu tử từ pha này sang pha khác cho
đến khi nồng độ của chúng cân bằng.
- Đối với hai chất lỏng không tan lẫn nhau là A và C thì sự phân bố của cấu tử thứ ba B
tuân theo đinh luật phân bố:
y* = k.x
trong đó: y*: nồng độ cân bằng của cấu tử B trong dung môi C.
x: nồng độ của chất B trong dung môi A
k: hệ số phân bố phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ chất bị
hòa tan.
Với dung dịch loãng, k có thể coi là hằng số và đường cân bằng trong đồ thị y = kx coi là
đường thẳng đi qua gốc tọa độ và có góc nghiêng bằng k.
- Có hai loại trích ly phổ biến là:
+ Lỏng – lỏng
+ Rắn - lỏng (là loại mà ta sẽ làm thí nghiệm này)
Trong quá trình trích ly rắn – lỏng dung môi sẽ hòa tan chọn lọc một số cấu tử từ chất
rắn. Bất kỳ quá trình trích ly rắn – lỏng nào cũng bao gồm các giai đoạn sau:
+ dung môi thâm nhập vào các mao quản của chất rắn
+ hòa tan hoặc phản ứng hóa học với các cấu tử cần tách
Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 24


+ chất hòa tan và dung môi sẽ khuếch tán từ vật rắn vào dung dịch.
- Quá trình trích ly rắn – lỏng tiến hành đến khi thiết lập được cân bằng giữa nồng độ cấu
tử phân bố trên bề mặt vật rắn (Cgh) với nồng độ trung bình của nó trong dung dịch (C0).
- Thường thì gần bề mặt vật rắn sự cân bằng nhanh chống được thiết lập nên C gh có thể
lấy bằng nồng độ bão hòa Cbh. Hiệu số Cbh – C0 chính là động lực của quá trình trích ly.

- Vận tốc trích ly rắn – lỏng được tính như sau:
dµ
= β F (C bh − C 0)
dτ

Trong đó :

dµ
:
dτ

biến thiên khối lượng vật rắn theo thời gian

β: hệ số cấp khối từ pha rắn vào pha lỏng
F: bề mặt hòa tan của vật rắn.
Sự thay đổi nồng độ chất tan trong dung dịch được biểu diễn trên hình 2:

hình 2: sự thay đổi nồng độ cấu tử phân bố trong dung dịch
- Ở gần bề mặt nồng độ cấu tử phân bố đạt đến giá trị C bh. Càng xa bề mặt thì nồng độ đó
giảm dần đến một khoảng δ thì còn bằng C0 là giá trị của nó trong dung dịch.
δ : gọi là bề dày giới hạn lớp khuếch tán. Bề dày càng nhỏ thì hệ số khuếch tán β
càng cao.
Khuấy trộn dung dịch sẽ làm cho bề dày δ càng giảm, khả năng hòa tan chất rắn càng
tăng.

Thí nghiệm QTTB-Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Page 25