Báo cáo thực hành quá trình thiết bị

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-----    -----

BÁO CÁO THỰC HÀNH
MÔN THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ HÓA HỌC

BÀI 7:

QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC
Giáo viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Mã số sinh viên:
Nhóm:
Ngày thực hiện:

ThS. Võ Thanh Hưởng
Nguyễn Khắc Đức
14078431
4
18/08/2017

TP.Hồ Chí Minh, Tháng 8 năm 2017
P a g e 1 | 26


P a g e 2 | 26

MỤC LỤC
PHẦN I: TÓM TẮT.................................................................................................................................... 4
PHẦN II: GIỚI THIỆU.............................................................................................................................. 6
7.2. GIỚI THIỆU ........................................................................................................................................ 6
7.2.1. Khái quát quá trình cô đặc............................................................................................................... 6
7.2.2. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................................................... 6
7.2.2.1. Nhiệt độ sôi của dung dịch ............................................................................................................ 6
7.2.2.2. Cô đặc một nồi làm việc gián đoạn ............................................................................................... 7
7.2.2.3. Cân bằng vật chất và năng lượng ................................................................................................. 7
PHẦN III: MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM .................................................................................................. 12
7.3. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM .............................................................................................................. 12
PHẦN IV: THỰC NGHIỆM.................................................................................................................... 13
7.4. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM................................................................................................................. 13
7.4.1. Sơ đồ hệ thống ................................................................................................................................. 13
7.4.2. Trang thiết bị, Hóa chất ................................................................................................................. 16
7.5. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM ............................................................................................................ 17
7.5.1. Chuẩn bị thí nghiệm ....................................................................................................................... 17
7.5.1.1. Chuẩn bị dung dịch ...................................................................................................................... 17
7.5.1.2. Kiểm tra các hệ thống phụ trợ .................................................................................................... 18
7.5.1.3. Kiểm tra mô hình thiết bị ............................................................................................................ 18
7.5.2. Tiến hành thực nghiệm ................................................................................................................... 19
7.5.2.1. Tiến hành thực nghiệm ................................................................................................................ 19
7.5.2.2. Kết quả và tính toán .................................................................................................................... 20
PHẦN V: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................................................... 24
PHẦN VI: KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 26

P a g e 3 | 26


PHẦN I: TÓM TẮT

Quá trình cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch (chứa chất tan không
hơi) bằng cách tách một phần dung môi bay hơi ở nhiệt độ sôi. Quá trình cô đặc được
ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống, sản xuất (trong công đồ hộp để sản xuất cà chua cô
đặc, mứt, nước quả cô đặc, các loại soup khô, sữa đặc...). Vì vậy, việc phải hiểu rõ, thực
hiện được thao tác về thiết bị cũng như các giai đoạn xảy ra trong quá trình là hết sức cần
thiết cho một kỹ sư ngành công nghệ hóa học khi ra trường.
Cuốn báo cáo thực hành bài 7 Quá trình cô đặc thuộc môn thực hành các quá trình
& thiết bị trong công nghệ hóa học sẽ cho chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình cô đặc, các
giai đoạn xảy ra trong quá trình cũng nhưng cách vận hành hệ thống thiết bị cô đặc gián
đoạn làm việc ở áp suất khí quyển. Đồng thời báo cáo cũng đưa ra một số lời nhận xét về
sự sai lệch năng lượng trong suốt quá trình.
Cuốn báo cáo được chia làm 6 phần chính:
Phần I: Tóm tắt. Tóm tắt sơ lược về bài báo cáo
Phần II: Giới thiệu. Giới thiệu tổng quan về bài báo cáo các cơ sở lý thuyết của bài
báo cáo, các phương trình cân bằng vật chất, năng lượng của bài báo cáo
Phần III: Mục đích thí nghiệm. Nêu lên mục đích của bài thí nghiệm
Phần IV: Thực nghiệm. Trong phần này giới thiệu mô hình thí nghiệm, các trang thiết
bị của bài thí nghiệm,các bước chuẩn bị bài thí nghiệm, các bước tiến hành thí nghiệm
và các điều kiện đảm bảo an toàn phòng thí nghiệm đối với bài thí nghiệm.
Phần V: Kết quả và bàn luận. Đưa ra toàn bộ kết quả của bài thí nghiệm, các thông số
cần thiết phù hợp yêu cầu của thiết bị, cũng như đưa ra được sự đánh giá giữa kết quả
thực trên thực tế với kết quả tính toán trên lý thuyết mà bài toán đưa ra
Phần VI: Kết Luận. Rút ra kết luận cho bài thí nghiệm cũng như báo cáo

P a g e 4 | 26


Mặc dù đã có cố gắng trong quá trình thực hiện bài báo cáo nhưng do kiến thức và kỹ
năng còn chưa tinh nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rât mong được Thầy (Cô)
và các bạn góp ý bổ sung để bài báo cáo lần sau sẽ được hoàn thiện hơn.

Em xin trân trọng cảm ơn !

P a g e 5 | 26


PHẦN II: GIỚI THIỆU
7.2. GIỚI THIỆU
7.2.1. Khái quát quá trình cô đặc
Cô đặc là quá trình là tăng nồng độ của dung dịch (chứa chất tan không hơi) bằng
cách tách một phần dung môi bay hơi ở nhiệt độ sôi. Dung môi tách ra khỏi dung dịch
lên gọi là hơi thứ.
Mục đích của quá trình cô đặc
- Làm tăng nồng độ của các chất hòa tan trong dung dịch
- Tách chất rắn hòa tan ở dạng rắn (kết tinh)
- Tách dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất)
Ưu điểm của quá trình cô đặc:
- Tiết kiệm chi phí hơi đốt
- Áp dụng được trong nhiều trường hợp. Ví Dụ : các chất dễ bị phân hủy bởi nhiệt độ
cao, các chất có nhiệt độ sôi cao ở áp suất thường, hoặc sinh ra phản ứng phụ không
mong muốn
7.2.2. Cơ sở lý thuyết
7.2.2.1. Nhiệt độ sôi của dung dịch
Nhiệt độ sôi của dung dịch là thông số kỹ thuật vô cùng quan trọng trong tính toán,
thiết kế thiết bị cô đặc
Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung môi và chất tan. Nhiệt
độ sôi của dung dung dịch luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở cùng
điều kiện áp suất

P a g e 6 | 26

Hình 7.1: Quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất PS và của
dung môi trên dung dịch P với nhiệt độ t
Nhiệt độ sôi của dung dịch còn phụ thuộc vào độ sâu của dung dịch trong thiết bị.
Trên mặt thoáng nhiệt độ sôi thấp, càng xuống sâu nhiệt độ sôi càng tăng.

7.2.2.2.

Cô đặc một nồi làm việc gián đoạn

Trong thực tế cô đặc một nồi thường được ứng dụng khi năng suất nhỏ và nhiệt năng
không có giá trị kinh tế. Cô đặc một nồi có thể thực hiện theo 2 phương pháp sau:
- Dung dịch cho vào nồi một lần rồi cho bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bị giảm
dần cho đến khi nồi độ đạt yêu cầu.
- Dung dịch được cho vào ở mức nhất định, cho bốc hơi đồng thời bổ sung dung dịch
mới liên tịch để giữ mực chất lỏng không đổi cho đến khi nồng độ đạt yêu cầu, sau
đó tháo dung dịch ra làm sạch sản phẩm và thực hiện một mẻ mới.
7.2.2.3. Cân bằng vật chất và năng lượng
a. Nồng độ
Nồng độ được sử dụng trong quá trình được xác định là khối lượng chất tan so với
khối lượng của dung dịch, được biểu thị dưới dạng:
P a g e 7 | 26


𝑥̅ =

𝑚𝑐ℎấ𝑡 𝑡𝑎𝑛

𝑘𝑔

𝑚𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑑ị𝑐ℎ

(𝑘𝑔)

Ngoài ra nồng độ còn được xác định là khối lượng chất tan trong thể tích dung dịch,
được biểu diễn dưới dạng:

𝐶̅ =

𝑚𝑐ℎấ𝑡 𝑡𝑎𝑛 𝑘𝑔
( )
𝑉𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑑ị𝑐ℎ 𝑚3

Mối liên hệ giữa 2 nồng độ này như sau:

𝑥̅ =

𝐶̅
𝜌𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑑ị𝑐ℎ

Với 𝜌𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑑ị𝑐ℎ là khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3)
b. Cân bằng vật chất
Phương trình cân bằng vật chất tổng quát
Lượng chất vào + lượng chất phản ứng = lượng chất ra + lượng chất tích tụ
Đối với quá trình cô đặc
- Không có lượng tích tụ
- Không có phản ứng hóa học nên không có lượng chất phản ứng
Do đó phương trình vật chất được viết lại
Lượng chất vào = lượng chất ra
Đối với chất tan

Khối lượng chất vào = khối lượng chất ra

Gđ.𝑥
̅̅̅đ = Gc. ̅̅̅
𝑥𝑐
Đối với hỗn hợp
P a g e 8 | 26


Khối lượng dung dịch ban đầu=khối lượng dung dịch còn lại+khối lượng hơi thứ

Gđ = Gc + Gw
Dùng phương trình này cho phép tính được khối lượng dung môi đã bay hơi trong
quá trình cô đặc.
Trong đó:

Gđ: Khối lượng dung dịch ban đầu trong nồi đun (kg)
𝑥̅đ : Nồng độ ban đầu của chất tan trong nồi đun (kg/kg)
Gc: Khối lượng dung dịch còn lại trong nồi đun (kg)
𝑥̅𝑐 : Nồng độ cuối cùng của chất tan trong nồi đun (kg/kg)
Gw: Khối lượng dung môi bay hơi (kg)

c. Cân bằng năng lượng
Phương trình cân bằng năng lượng tổng quát
Năng lượng vào = năng lượng ra + năng lượng thất thoát
Để đơn giản trong tính toán ra xem như không có thất thoát năng lượng
Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch
Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình

Qk1 = P1 . 𝜏1

Năng lượng dung dịch nhận được

Q1 = Gđ . Cp . (Tsdd – Tđ)
Cp = 𝐶𝐻2 𝑂 . (1 − 𝑥̅ )
Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình QK1 đặc trưng cho năng lượng mang
vào, năng lượng dung dịch nhận được Q1 đặc trưng cho năng lượng mang ra. Do vậy
phương trình cân bằng năng lương trong trường hợp này (bỏ qua tổn thất năng lượng và
nhiệt thất thoát thông qua dòng nước giải nhiệt)

QK1 = Q1
Đối với giai đoạn bốc hơi dung môi
P a g e 9 | 26


Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình

QK2 = P2 . 𝜏2
Năng lượng nước nhận được để bốc hơi

Q2 = Gw . (iw – CH2O.tsdd)
Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình QK2 đặc trưng cho năng lượng mang
vào, năng lượng nước nhận được để bốc hơi Q2
Cân bằng năng lượng tại thiết bị ngưng tụ

𝑄𝑛𝑔 = 𝐺𝑤 . 𝑟𝑤 = 𝑉𝐻2𝑂 . 𝜌𝐻2𝑂 . 𝐶𝐻2𝑂 (𝑇𝑟 − 𝑇𝑣 ). 𝜏2
Các phương trình cân bằng năng lượng giúp ra so sách giữa lý thuyết với thực nghiệm.
Trong đó: QK1: Nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho quá trình đun nóng (J)
QK2: Nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho quá trình hóa hơi dung môi (J)
Qng : Nhiệt lượng nước giải nhiệt nhận được ở thiết bị ngưng tụ (J)
P1: Công suất điện trở nồi đun sử dụng cho quá trình đun nóng (W)

P2: Công suất điện trở nồi đun sử dụng cho quá trình hóa hơi (W)
𝜏1 : Thời gian thực hiện quá trình đun sôi dung dịch (s)
𝜏2 : Thời gian thực hiện quá trình hóa hơi (s)
Q1: Nhiệt lượng dung dịch nhận được (J)
Q2: Nhiệt lượng nước nhận được để hóa hơi (J)

iw : Hàm nhiệt của hơi nước thoát ra trong quá trình ở áp suất thường (J/kg)
𝑟𝑤 : Ẩn nhiệt của hơi nước ở áp suất thường (J/kg)
(𝑇𝑠𝑑𝑑 − 𝑇đ ):Chênh lệch giữa nhiệt độ sôi và nhiệt độ đầu của dung dịch (OC)
P a g e 10 | 26


(𝑇𝑟 − 𝑇𝑣 ): Chênh lệch giữa nhiệt độ của nước ra và vào (OC)
𝑉𝐻2𝑂 : Lưu lượng nước vào thiết bị ngưng tụ
𝜌𝐻2𝑂 : khối lượng riêng của nước (kg/m3)
𝐶𝐻2𝑂 : Nhiệt dung riêng của nước (J/Kg.K)
𝐶𝑝 : Nhiệt dung riêng của dung dịch (J/Kg.K)

Chống chỉ định
Cấm sử dụng hệ thống thiết bị cô đặc trong các trường hợp sau
- Các chất gây tắc nghẽn
- Tiến hành ở áp suất chân không
- Để mô hình làm việc mà không có sự giám sát của người điều hành được huấn
luyện về các nguy cơ của máy
- Dùng với các vật cứng như viết, chìa khóa
- Dùng với các chất phản ứng mà không cho phép dùng với mô hình thí nghiệm

P a g e 11 | 26

PHẦN III: MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
7.3. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Vận hành được hệ thống cô đặc gián đoạn, đo đạc các thông số của quá trình
- Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng cho quá trình cô đặc gián đoạn
- So sánh năng lượng cung cấp cho quá trình theo lý thuyết và thực tế
- Xác định năng suất và hiệu suất quá trình cô đặc
- Xác định hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ

P a g e 12 | 26


PHẦN IV: THỰC NGHIỆM
7.4. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
7.4.1. Sơ đồ hệ thống
Mô hình này trình bày cơ chế của quá trình cô đặc bởi sự bay hơi cục bộ dung môi.
Mô hình khảo sát quá trình làm việc gián đoạn ở áp xuất khí quyển.
Mô tả chung của mô hình
- Nồi đun dung tích 10 lít
- Bộ điều chỉnh công suất gia nhiệt (2000W) được điều chỉnh bằng tay
- Một thiết bị ngưng tụ vỏ làm bằng thủy tinh và bộ phận làm lạnh là ống xoắn thép

không rỉ (bề mặt truyền nhiệt 0,2m2)
- Một bơm định lượng vật liệu cho quá trình làm việc liên tục
- Tất cả các van được điều chỉnh bằng tay
- Nhiệt độ được đo bằng đầu dò nhiệt độ kết nối với bộ hiển thị gắn với điều khiển

gắn ở bảng trước
- Công suất gia nhiệt được điều chỉnh bằng tay thì được đọc trực tiếp trên bộ điều

khiển phía trước bảng hiển thị số nhiệt độ nồi đun

- Lưu lượng dòng chất tải nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt được đo bằng thiết bị

Rotamet viên bi với thiết bị ngưng tụ 40-400lít/h
- Lớp bảo vệ cách nhiệt đặt tại mức thoát giữa nồi đun và thiết bị kết tinh không cho

phép nung nóng trong suốt quá trình di chuyển dung dịch và thất thoát nhiệt ít nhất
để tránh việc kết tinh huyền phù trong ống

P a g e 13 | 26


Hình 7.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cô đặc
Các thiết bị phụ trợ trong mô hình
W1

Nguồn gia nhiệt nồi đun 2000W.

P1

Bơm định lượng lưu lượng tối đa 15lít/h

EHC1 Thiết bị ngưng tụ của nồi đun
EHC2 Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn của thiết bị kết tinh
Hệ Thống van
V1

Van cung cấp cho nồi đun

V2

Van xả nồi đun

V3

Van cung cấp cho thiết bị kết tinh trong quá trình gián đoạn

V4

Van cung cấp cho thiết bị kết tinh trong quá trình liên tục

V5

Van xả nước ngưng trong bồn chứa nước ngưng tụ
P a g e 14 | 26


V6

Van điều chỉnh lưu lượng nước giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ

V7

Van điều chỉnh chất tải lạnh thiết bị kết tinh

V8

Van xả nước ngưng trong thiết bị làm nguội nước ngưng

V9

Van ngừng cung cấp nước giải nhiệt cho hệ thống thiết bị ngưng tụ

VP1 Van điều chỉnh lưu lượng phần cất
Các dụng cụ do
TI1

Đầu dò nhiệt độ nồi đun

TI2

đầu dò nhiệt độ thiết bị kết tinh

TI3

Đầu dò nhiệt độ nước giải nhiệt vào thiết bị ngưng tụ

TI4

Đầu dò nhiệt độ chất tải lạnh ra khỏi thiết bị kết tinh

TI5

Đầu dò nhiệt độ chất tải lạnh ra khỏi thiết bị ngưng tụ

TI6

Đầu dò nhiệt độ bộ điều khiển nhiệt độ bộ điều lạnh

LL

Bộ cảm biến mực nước chất lỏng(bảo vệ an toàn cho nồi đun)

RV1 Lưu lượng kế thiết bị ngưng tụ 40-400 lít/h
RV2 Lưu lượng kế thiết bị kết tinh 4-40 lít/h
Thành phần hộp điều khiển

Hình 7.3: Các thành phần trên tủ điều khiển
P a g e 15 | 26


1

Công tắc tổng

2

Đèn chỉ báo nguồn

3

Bộ hiển thị nhiệt độ nước giải nhiệt vào thiết bị ngưng tụ

4

Bộ hiển thị nhiệt độ nước giải nhiệt ra khỏi thiết bị ngưng tụ

5

Bộ hiển thị nhiệt độ nước lạnh ra thiết bị kết tinh

6

Bộ hiển thị nhiệt độ thiết bị kết tinh

7

Nhiệt độ nồi đun

8

Công suất nồi đun theo phần trăm (100% - 2000W)

9

Điều chỉnh công suất nồi đun

10

Công tắc cấp nguồn cho thiết bị phụ trợ và công tắc khẩn cấp

11

Công tắc ON-OFF bơm

12

Công tắc ON-OFF motor khuấy trong thiết bị kết tinh

13

Công tắc ON-OFF điện trở nồi đun

Chống chỉ định
Cấm sử dụng hệ thống thiết bị cô đặc trong các trường hợp sau
- Các chất gây tắc nghẽn
- Tiến hành ở áp suất chân không
- Để mô hình làm việc mà không có sự giám sát của người điều hành được huấn
luyện về các nguy cơ của máy
- Dùng với các vật cứng như viết, chìa khóa ….
- Dùng với các chất phản ứng mà không cho phép dùng với mô hình thí nghiệm
7.4.2. Trang thiết bị, Hóa chất
Quá trình làm việc có nhiệt độ đến 100oC và làm việc ở áp suất khí quyển với các
trang thiết bị phụ trợ và tiện nghi khác phục vụ cho quá trình thí nghiệm. Bên cạnh đó,
để phục vụ cho quá trình cần có thêm các hóa chất, máy, thiết bị
- Dung dịch đồng sulphate
- Cân phân tích và ống đong 100ml dùng để xác định khối lượng riêng của dung dịch

P a g e 16 | 26


- Máy đo độ hấp thu A dùng để xác định nồng độ (g/l) của dung dịch thông qua đường

52
51
50
49
48
47
46
45

44
43
42
41
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20

50

49

48

47

46

45

44

43

42

41

40

39

38

37

36

35

34

33

32

31

30

29

28

27

26

25

24

23

3.583
3.477
3.396
3.335
3.279
3.239
3.189
3.155

2.999
2.986
2.916
2.822
2.787
2.724
2.644
2.574
2.505
2.431
2.361
2.284
2.215
2.156
2.081
2.022
1.948
1.899
1.85
1.786

Nồng độ (g/l)

chuẩn bên dưới.

Độ hấp thụ A

Hình 7.4: Đường chuẩn xác định nồng độ dung dịch CuSO4
Nồng độ dung dịch g/l được xác định thông qua độ hấp thu A. Độ hấp thụ A được xác
định qua máy đo có bước sóng 𝜆 = 890𝑛𝑚, ở nhiệt độ phòng 30OC. Cuvet chứa mẫu

phải luôn sạch và khô ráo, bên trong ống không được có bọt khí và được đặt trong máy
đo đúng yêu cầu.
7.5. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
7.5.1. Chuẩn bị thí nghiệm
7.5.1.1. Chuẩn bị dung dịch
- Chuẩn bị 8 lít dung dich CuSO4 loãng
- Xác định nồng độ (g/l) ban đầu của dung dịch
P a g e 17 | 26


- Xác định khối lượng riêng của dung dịch
7.5.1.2. Kiểm tra các hệ thống phụ trợ
- Bật công tắc cấp nguồn cho tủ điện
- Kích hoạt bộ điều khiển bằng cách chuyển công tắc tổng sang vị trí 1, công tắc đèn
hiển sáng trắng
- Kích hoạt mô hình thì nghiệm bởi công tắc cấp nguồn cho 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 của hệ thống đạt được 1 bar
- Mở van V6 để lưu thông nước trong thiết bị ngưng tụ
7.5.1.3. Kiểm tra mô hình thiết bị
Trước khi thí nghiệm
- Nồi đun và thiết bị kết tinh được tháo hết và sạch
- Các van thoát V2, V5, V8 được đóng
- Thùng chứa dung dịch cô đặc phải rỗng và sạch
- Các van V3 và V4 đóng
Kết thúc thí nghiệm

- Tắt W1
- Khóa van VP1
- Đợi dung dịch trong nồi đun đạt đến nhiệt độ khoảng 30OC
- Khóa van nguồn nước giải nhiệt cấp cho thiết bị ngưng tụ ECH1
- Tháo hết dung dịch trong nồi đun quan van V2
- Tháo dung môi (nước) trong bình chứa hơi thứ.
P a g e 18 | 26


7.5.2. Tiến hành thực nghiệm
7.5.2.1. Tiến hành thực nghiệm
- Bước 1: Đóng toàn bộ các van xả ở thiết bị bao gồm các van : V2, V3, V4, V5, V8
- Bước 2: Nhập liệu qua đường nhập liệu trên thành bình
- Bước 3: Bật công tắc cấp nguồn cho các thiết bị phụ trợ
- Bước 4: Bật ON công tắc điện trở nồi đun và điều chỉnh công suất đạt 100%
- Bước 5: Giám sát quá trình, ghi lại những thông số cần thiết về nhiệt độ , áp suất,
thời gian trên bảng hiển thị.
- Bước 6: Kết thúc quá trình thực nghiệm khi dung tích nước ngưng tụ ra bình chứa
nước ngưng đạt V = 2 lít
- Bước 7: Tắt W1 , Khóa van VP1, khóa van nguồn nước giải nhiệt cấp cho thiết bị
ngưng tụ ECH1.
Kết Thúc Thực nghiệm
Nhật kí thí nghiệm:

Thời gian

Nội dung

Kết quả
- Thiết bị phụ trợ hoạt

- Kiểm tra thiết bị phụ trợ
9h30 – 9h40

- Kiểm tra đường nước vào, nước ra khỏi
thiết bị => Xả

động bình thường
- Đường nước vào,
nước ra chảy bình
thường ổn định

9h40 – 10h15

10h15 – 10h20

- Chuẩn bị 8 lít mẫu CuSO4

- A1=2,832=>𝐶̅ =39 g/l

- Xác định nồng độ mẫu CuSO4

- 𝑥̅đ = 0.0377 g/g

- Đo khối lượng riêng của mẫu

- 𝜌đ = 1037 g/l

- Nhập liệu (thể tích V=6 lít)

V = 6 lít

P a g e 19 | 26


- Bắt đầu gia nhiệt (Tđ = 34,8OC, Công
10h30

- Tđ = 34,8OC

suất gia nhiệt P1 = 100% - 2000W)
- Lưu lượng nước tải nhiệt ra khỏi thiết bị
ngưng tụ VH2O = 100lít/h

- P1 = 2000W
- VH2O = 100lít/h

- Dung dịch bắt đầu sôi ở nhiệt độ
10h50

- P2 = 1800W

T1 = 89,2OC
- Công suất nồi đun giảm còn 90%

10h53

- Dung dịch sôi ở nhiệt độ ổn định

- TSdd = 93,8OC

O

TSdd = 93,8 C
- Nhiệt độ sôi dung dịch TSdd = 93,8OC

11h15

- Tv = 29,4OC;

- Nhiệt độ nước giải nhiệt vào ra thiết bị

- Tr = 40,6OC

ngưng tụ: Tv = 29,4 C ; Tr = 40,6 C
O

O

- V1ng = 1 lít

- Lượng nước ngưng thu được 1 lít
11h40

11h50

- Lượng nước ngưng đạt 2 lít

- V2ng = 2 lít

=> Dừng thiết bị
- Đo đạc các thông số của dung dịch sau

- Độ hấp thụ A = 3,743

cô đặc

7.5.2.2. Kết quả và tính toán
 Kết quả thí nghiệm
Nhiệt độ

Nhiệt độ

Nhiệt độ

Nồng độ

dòng vào

dòng ra

C

g/lít

(TV)

(Tr)

Thời gian Công suất Thể tích dung dịch

O

(giây)

W

(lít)

0

2000

6

34,8

39,106

29,4

29,4

1200

1800

6

89,2

-

29,4

40,6

1380

1800

6

93,8

-

29,4

40,6

P a g e 20 | 26


2580

1800

5

93,8

-

29,4

40,6

4080

1800

4

93,8

-

29,4

40,6

 Tính toán
a. Cân bằng vật chất
Trước cô đặc
- Độ hấp thụ A1 = 2,832 => Nồng độ 𝐶1̅ = 39,106 ( g/l )
- Với thể tích dung dịch Vdd = 250 ml => Khối lượng dung dịch mdd = 259,32 (g)


ρdd =

m
V

=

259,32
0,25

= 1038 (𝑔/𝑙)

- Cân bằng vật chất:

x̅đ =

̅đ
C
ρdd

=

39.106
1037

= 0,0377 (g/g)

Sau cô đặc
- Độ hấp thụ A2 = 3,743 => Nồng độ 𝐶2̅ = 52,233
Đối với hỗn hợp:
Khối lượng dung dịch ban đầu = khối lượng dung dịch còn lại + lượng hơi thứ
𝐺đ = 𝐺𝑐 + 𝐺𝑤

Khối lượng dung dịch còn lại = Khối lượng dung dịch ban đầu – Lượng hơi thứ
→ 𝐺𝑐 = 𝐺đ − 𝐺𝑤 = (1038 . 0,008) − 1,788 = 6,516 (𝑘𝑔)
Khối lượng riêng dung dịch sau cô đặc:
→ 𝜌𝑐 =

𝐺𝑐 6,516
𝑘𝑔
=
= 1086 ( 3 )
𝑉𝑐 0,006
𝑚

Nồng độ chất tan sau cô đặc:
P a g e 21 | 26


𝐶𝑐 =

52,233
1086

= 0,048 (kg/kg)

- Khối lượng chất tan sau cô đặc:
𝑚𝑐𝑡 = 𝐶𝑐 . 𝐺𝑐 = 0,048 . 6,516 = 0,3127 (𝑘𝑔)

b. Cân bằng năng lượng:
Giai đoạn đun sôi dung dịch
- Nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho quá trình đun nóng:
𝑄𝑘1 = 𝑃1 . 𝜏1 = 2000 . 18 . 60 = 2160 (kJ)

- Năng lượng dung dịch nhận được

Q1 = Gđ . Cp . (Tsdd – Tđ)
Cp = 𝐶𝐻2 𝑂 . (1 − 𝑥̅ ) = 4178 × (1 − 0,0377) = 4020,5
 𝑄1 = 1038 × 0,008 × 4020,5 × (93,8 − 34,8) = 1967,9 (kJ)
- Bỏ qua tổn thất do nhiệt lượng:

QK1 = Q1

Giai đoạn bốc hơi dung môi
- Nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho quá trình hóa hơi dung môi:
𝑄𝑘2 = 𝑃2 . 𝜏2 = 1800 . 50 . 60 = 5400 (kJ)
- Nhiệt lượng nước giải nhiệt nhận thiết bị ngưng tụ:
𝑄𝑛𝑔 = 𝐺𝑤 . 𝑟𝑤 = 𝑉𝐻2𝑂 . 𝜌𝐻2𝑂 . 𝐶𝐻2 𝑂 . (𝑇𝑟 − 𝑇𝑣 ). 𝜏2
= 2,77. 10−5 . 1038 . 4,18 . (40,6 − 29,4) . 300
= 4038,245 (kJ)
Ta có:

𝑄𝑛𝑔 = 𝐺𝑤 . 𝑟𝑤
P a g e 22 | 26


→ 𝐺𝑤 =

𝑄𝑛𝑔 4038,245
=
= 1,783 (𝑘𝑔)
𝑟𝑤
2264

Hệ số truyền nhiệt của thiết bị
𝐾𝑡𝑛 =

𝑄𝑛𝑔
4038,245
𝑘𝐽
=
= 1802,7 ( ⁄𝑚2 . độ)
𝐹 × ∆𝑡
0,2 × (40,6 − 29,4)

P a g e 23 | 26


PHẦN V: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
7.5.1. Kết quả

Thông số

Trước cô đặc

Thời gian tiến hành

Sau cô đặc

4080 giây = 68 phút

Nồng độ dung dịch

0,0377 (g/g)

0,048 (g/g)

Khối lượng riêng

1038 (g/l)

1086(g/l)

Nhiệt lượng cung

7560 kJ

cấp cho cả quá trình
Tổng nhiệt lượng

6006.145 kJ

dung dịch nhận được
Hệ số truyền nhiệt

𝑘𝐽
1802,7 ( ⁄𝑚2 . độ)

của thiết bị ngưng tụ
Thời gian thu nước
ngưng tụ

V1 = 1 lít

T1 = 1200s = 20 phút

V2 = 1 lít

T2 = 1500s = 25 phút

7.5.2. Bàn luận
Sau quá trình thực nghiệm , ta thấy có một sự chênh lệch giữa nhiệt lượng nồi đun
cung cấp cho quá trình và nhiệt lượng mà dung dịch nhận vào điều này được lý giải dựa
trên phương trình cân bằng năng lượng:
Năng lượng cung cấp = Năng lượng hữu ích + Năng lượng thất thoát
QV = QHI + QTT
Theo lý thuyết ta có thể bỏ qua sự thất thoát nhiệt ra môi trường nhưng trên thực tế
sự thất thoát vẫn diễn ra điều đó lý giải vì sao lượng nhiệt nồi đun cung cấp lại khác so
với lượng nhiệt mà dung dịch nhận vào. Một lý do khác gây ra sự sai lệnh là do sai số hệ
thống thiết bị, sau một thời gian sử dụng hệ thống bị gỉ sét, đóng cặn gây nên hiện tượng
P a g e 24 | 26


cản trở sự các quá trình trong thiết bị, một phần năng lượng sẽ bị lớp gỉ, cặn cản lại dẫn
đến sự sai số cho quá trình.
Ta cũng thấy được có sự khác nhau giữa 2 khoảng thời gian mà dung tích nước ngưng
nhận được là 1 lít và 2 lít. Điều này được lý giải dựa trên cơ sở của sức căng bề mặt của
dung dịch. Trong thời gian đầu khi tiến hành gia nhiệt cho dung dịch thì khi nhiệt độ tăng
thì sức căng bề mặt dung dịch giảm xuống làm tốc độ hóa hơi của dung dịch tăng lên,
càng về sau nồng độ dung dịch càng tăng lên do lượng hơi thứ mất đi nhưng nhiệt độ sôi
dung dịch không đổi làm dẫn đến sức căng bề mặt dung dịch lúc này lại tăng lên làm
giảm sự hóa hơi của dung dịch dẫn đến thời gian thu nước ngưng lúc sau sẽ dài hơn lúc
đầu.

P a g e 25 | 26