báo cáo thực tập quá trình thiết bị về xác định phương trình lọc trong điều kiện áp suất không đổi

Phúc trình thực tập quá trình thiết bị (PTN)

PHÚC TRÌNH THỰC TẬP QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
BÀI 2: XÁC ĐỊNH PHưƠNG TRÌNH LỌC TRONG ĐIỀU KIỆN
LỌC VỚI ÁP SUẤT BẰNG HẰNG SỐ
2.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Trở lực bã lọc là một tham số rất quan trọng trong việc tính toán, thiết kế, điều
khiển quá trình lọc. Thí nghiệm được bố trí nhằm thu thập các số liệu có liên quan đến
việc tính toán trở lực bã lọc ( ).
2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LỌC
Gọi
U: Vận tốc của dịch lọc (tốc độ lọc)
µ: Độ nhớt của dịch lọc
A: Diện tích bề mặt lọc
m: Khối lượng của bã lọc
Trở lực bề mặt lọc được tính bằng công thức:
Rm 

Pm
.U

[m/s]
[Pa.s]
[m2]
[kg]

[1/m]

Với Pm : Chênh lệch áp suất [Pa]
Trở lực của bánh lọc 





Pc
 m 
U  A 
 

[m/kg]



Tổn thất áp suất khi dịch lọc đi qua bã lọc và vật liệu lọc
P  Pm  Pc

Hay

m
P  U
 R U
 A  m
 

Nếu gọi

V: thể tích dịch lọc [m3]
c: Nồng độ chất rắn trong dịch lọc [kg/m3]
m=V.c

[kg]

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thúy Hồng

Page 1


Phúc trình thực tập quá trình thiết bị (PTN)

Vận tốc lọc
U

1 dV
A dt

[m/s]

Thay U vào phương trình trên ta được phương trình lọc.

1 dV
 m  1 dV
P  
R
(phương trình SPERRY)
 
 A  A dt

m

A dt

Lọc với áp lực lọc bằng hằng số P = Constant
1 dV
 c.V  1 dV
P  
R


m
A dt
 A  A dt

Lấy tích phân phương trình trên ta được
P  

 c.V  1 V

R



 2 A A t



1V

m

A t

Chuyển thành:
R 
 c. 

V  m
V
2.A.P
P



t.A


Phương trình có dạng Y   X   (Y=A.X +B)
Y

T .A
V

X=V

Hệ số góc  được tính:
 c.. 
  2.A.P 





Giao điểm với trục Y


Rm 
P

Từ thí nghiệm thu được quan hệ thể tích dịch lọc thu được theo thời gian ta sẽ
xác định được  và Rm .
2.3 PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
2.3.1 Dụng cụ thí nghiệm
 Phễu lọc.
 Bình định mức 50 ml.
 Đũa thủy tinh.
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thúy Hồng

Page 2


Phúc trình thực tập quá trình thiết bị (PTN)

 Cốc 100 ml, đũa khuấy.

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thúy Hồng

Page 3


Phúc trình thực tập quá trình thiết bị (PTN)

 Thước kẻ, đồng hồ bấm giây.
 Ống đong 1000 ml.
 Giấy lọc, vải lọc.
2.3.2 Nguyên liệu
 Đường.
 Bột mì.
 Bột trợ lọc.
 Men bia.
2.4. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
 Chuẩn bị thí nghiệm:
 Dùng 4 đĩa cân 7,5 g đường; 4,5 g bột trợ lọc; 4,5 g tinh bột, 4,5 g nấm
men. Hòa tan hỗn hợp chất rắn trên vào bình chứa 1000 ml nước cất, khuấy đều cho
hỗn hợp chất rắn hòa tan hoàn toàn.
 Sau khi chuẩn bị dung dịch trên, thí nghiệm được tiến hành trong phiểu
lọc lớn, với các vật liệu lọc khác nhau như vải lọc, giấy lọc nhằm so sánh hiệu suất
của quá trình lọc.
 Cân để xác định khối lƣợng riêng của dịch lọc:
 Lấy bình định mức 50 ml đi cân ta có m1, sau đó rót dịch lọc vào bình
định mức tới vạch định mức rối đem đi cân ta có m2.
Ta có:   m2  m1  m
V

(kg/m3)

V

 Tiến hành lọc:
 Đặt phễu lọc lên giá, dùng bút lông vạch một đường để cố định chiều
cao (lần lượt là 6cm, 9cm với giấy lọc, 9cm với vải lọc ). Dùng thước kẻ đo lại chiều
cao từ đáy phễu lọc đến vạch định mức ta có h.

 Dùng đũa khuấy dịch lọc trong bình chứa cho đều sau đó vừa khuấy vừa
rót vào phiễu lọc lưu ý rót từ từ để dịch lọc không vượt qua vạch định mức, vừa rót
vừa khuấy để cho bột trợ lọc áo một lớp mỏng dưới đáy phễu lọc.
 Quan sát dịch lọc và đọc thể tích ở các thời điểm 3’30, 5’30, 8’30,
10’30, 11’30, 13’, 14’30, 16’, 21’. Lưu ý trong quá trình đọc ta cần phải liên tục rót
dung dịch cần lọc vào phiễu lọc để cố định h (hay cố định  P).
 Kết thúc quá trình thí nghiệm:
 Tháo phiễu lọc ra khỏi giá và đem rửa. Rửa các dụng cụ như bình chứa,
cốc, ống đong…
 Để dụng cụ thí nghiệm lại vị trí cũ, ghi nhận số liệu lại.
 Đo các thông số của quá trình lọc bao gồm:
1.
Diện tích bề mặt lọc A (m2) (diện tích bề mặt giấy lọc).
2

A   d
4

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thúy Hồng

[m2]
Page 4


Phúc trình thực tập quá trình thiết bị (PTN)

2.

Áp suất lọc P (Pa) (tùy vào áp suất lọc).
[Pa]

P  P1  P2  P2  gh  P2
Độ nhớt dịch lọc  (Pa.s) (đo trực tiếp bằng áp kế). Cho giá trị

3.
  200cP  0,2Pa.s
4.
Nồng độ chất không tan trong dung dịch c (kg/l)
m=V.c
c = m/V

=>

[kg]
[ kg/m3]

Hình 2.1 Biểu diễn quá trình lọc

2.4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
2.4.1 Lọc bằng giấy với h=6 cm = 0,06 m
Bảng 2.1:Thể tích dịch lọc thu được với lọc bằng giấy có h=6cm

Thời gian
(phút)

Thời gian
(giây)

V (ml)

X=V (m3)

Y=

3.5

210

320

0,00032

4173,75

5.5

330

450

0,00045

4664

8.5

510

620

0,00062

5231,612903

10.5

630

680

0,00068

5892,352941

11.5

690

700

0,0007

6269,142857

13

780

730

0,00073

6795,616438

14.5

870

755

0,000755

7328,741722

16

960

775

0,000775

7878,193548

21

1260

825

0,000825

9713,454545

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thúy Hồng

Page 5


Phúc trình thực tập quá trình thiết bị (PTN)

y=tA/V(s/m)

y=tA/V(s/m)

12000
10000
y = 9E+06x + 472,87
R² = 0,7669

8000
6000

y=tA/V(s/ml)
4000

Linear (y=tA/V(s/ml))

2000
0
0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

X=V

Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi dung dịch lọc trong quá trình lọc bằng giấy (h = 6 cm)

 Các thông số trong quá trình lọc :
 Diện tích bề mặt lọc:

A=π =π

= 6,36.10-3 (m2)

 Khối lượng bã lọc
m=7,5 + 4,5 + 4,5 + 4,5 =21 g = 0,021 (kg)
V =1000 ml = 0,001 m3
 Nồng độ chất rắn trong dịch lọc

c=

=

= 21 (kg/m3)

Ta có: m1 = 42 g = 0,042 (kg)
m2 =91,96 g = 0,09196 (kg)

 =

= = 999,2 (kg/m3)

 Áp suất lọc:
P = gh = 999,2 * 9,81 * 0,06 = 588,13 (Pa)

µ = 200cP = 0,2 (Pa.s)

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thúy Hồng

Page 6


Phúc trình thực tập quá trình thiết bị (PTN)

 Dựa vào đồ thị ta có:

Σ=9.106 và ɸ= 472,87
 Trở lực của bã lọc
α=



= = 16030743,43 (m/kg)

 Trở lực của giấy lọc:

R=



= = 1390545,166 (l/m)

m

2.4.2 Lọc bằng giấy với h=9cm = 0,09 m
Bảng 2.2:Thể tích dịch lọc thu được với lọc bằng giấy có h=9cm

Thời gian
(Phút)
3.5
5.5
8.5
10.5
11.5
13
14.5
16
21

Thời gian
(giây)
210

330
510
630
690
780
870
960
1260

V(ml)

X=V(m3)

Y=

430
510
600
700
710
740
765
790
840

0,00043
0,00051
0,0006
0,0007
0,00071

0,00074
0,000765
0,00079
0,00084

3106,046512
4115,294118
5406
5724
6180,84507
6703,783784
7232,941176
7728,607595
9540

12000

y=tA/V(s/m)

10000
y = 1E+07x - 2982,8
R² = 0,9181

8000
6000

y=tA/V(s/m)
Linear (y=tA/V(s/m))

4000

2000
0
0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

X=V
Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi dung dịch lọc trong quá trình lọc bằng giấy (h = 9cm)

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thúy Hồng

Page 7


Phúc trình thực tập quá trình thiết bị (PTN)

 Các thông số trong quá trình lọc :
 Diện tích bề mặt lọc:
A=π =π

=6,36.10-3 (m2)

 Khối lượng bã lọc
m=7,51+ 4,51 + 4,5 + 4,51 = 21,03 g = 0,02103 (kg)
V=1000 ml= 0,001 m3
 Nồng độ chất rắn trong dịch lọc

c=

=

= 21,03 kg/m3

Ta có: m1 = 41,96 g = 0,04196 kg
m2 = 91,92 g = 0,09192 kg

 =

= =999,2 kg/m3

 Áp suất lọc:
P = gh = 999,2 * 9,81 * 0,09 = 882,2 Pa

µ = 200cP=0,2 Pa.s
 Dựa vào đồ thị ta có:
Σ = 107 và ɸ = 2982,8
 Trở lực của bã lọc
α=



= = 26679942,94 (m/kg)

 Trở lực của giấy lọc:

R = = = 13154484,2 (l/m)
m

2.4.3 Lọc bằng vải với h= 9cm = 0,09m
Bảng 2.3:Thể tích dịch lọc thu được với lọc bằng vải có h=9cm

Thời gian
(Phút)
3.5
5.5
8.5
10.5
11.5
13
14.5
16
21

Thời gian
(giây)
210
330
510
630
690
780
870

960
1260

V(ml)

X=V(m3)

Y=

695
780
840
870
880
895
905
915
935

0,000695
0,00078
0,00084
0,00087
0,00088
0,000895
0,000905
0,000915
0,000935

1921,726619

2690,769231
3861,428571
4605,517241
4986,818182
5542,793296
6114,033149
6672,786885
8570,695187

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thúy Hồng

Page 8


Phúc trình thực tập quá trình thiết bị (PTN)

9000
8000

y = 2E+07x - 16086

7000

R² = 0,8409

y=tA/V

6000
5000
4000

y=tA/V(s/m)

3000

Linear (y=tA/V(s/m))

2000
1000
0
0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

X=V
Hình 2.4 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi dung dịch lọc trong quá trình lọc bằng vải (h = 9cm)

 Các thông số trong quá trình lọc :
 Diện tích bề mặt lọc:
A=π =π

=6,36.10-3 (m2)

 Khối lượng bã lọc
m=7,51+ 4,5 + 4,5 + 4,5 = 21,01 g = 0,02101 kg
V= 1000 ml= 0,001 m3
Nồng độ chất rắn trong dịch lọc
c=

=

= 21,01 kg/m3

Ta có: m1 = = 0,04198 kg
m2 = = 0,09194 kg
 =
 Áp suất lọc:

= = 999,2 kg/m3

P = gh =999,2 * 9,81 * 0,09 = 882,2 Pa

µ = 200cP=0,2 Pa.s
 Dựa vào đồ thị ta có:
Σ = 2.107 và ɸ = 16086
 Trở lực của bã lọc
α=



= = 53410680,63 (m/kg)

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thúy Hồng

Page 9


Phúc trình thực tập quá trình thiết bị (PTN)

 Trở lực của vải lọc:

R = = = 70955346 (l/m)
m

2.5 CÂU HỎI THẢO LUẬN
1. Tác dụng của bột trợ lọc là nhƣ thế nào trong quá trình lọc ?
 Nhiệm vụ của bột trợ lọc là tạo trên bề mặt lọc cấu trúc mạng tinh thể
xốp, vững chắc và có thể thấm nước nhằm ngăn sự xâm nhập của các hạt mịn (fine
particle) vào môi trường lọc.Chúng được sử dụng như một lớp phủ với mục đích cơ
bản là bảo vệ môi trường lọc, qua đó gián tiếp àm giảm trở lực của pha lỏng.
2. Khi nào quá trình lọc kết thúc?
 Khi bã lọc đạt đến mức bão hòa, dịch lọc không còn chảy xuống hoặc
hết thời gian quy định để lọc thì qua trình lọc kết thúc.
3. So sánh 2 phƣơng pháp lọc bằng giấy và lọc bằng vải?
Đặc điểm so
sánh

Lọc bằng giấy

Lọc bằng vải

Thời gian

Dài hơn

Ngắn hơn

Vận tốc

Chậm hơn

Nhanh hơn

Chất lượng dịch
lọc

Dịch lọc trong suốt

Dịch lọc không trong suốt,
màu đục

 Do vải được cấu tạo từ các sợi nên tạo thành các lỗ nhỏ li ti, từ đó
mà quá thời gian và vận tốc nhanh hơn so với lọc giấy. Tuy nhiên do dịch lọc
khi đi qua lỗ nhỏ li ti này cuốn theo 1 phần bã làm cho dịch lọc không được
trong suốt, còn đục. Phương pháp lọc bằng giấy , do giấy không có cấu tao như
vải nên thời gian và vận tố lọc châm hơn nhưng cho chất lượng dịch lọc tốt
hơn, trong suốt do hạn chế được bã rơi xuống.
4. Yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình lọc?










Chênh lệch áp suất qua bản lọc.
Nhiệt độ của huyền phù .
Tính đồng nhất về hình dạng và kích thước hạt.
Khả năng bị biến dạng khi chịu áp suất.
Đặc tính lắng và tác dụng của trọng lực.
Kích thước hạt và hình dạng của lỗ trống trong bã và môi trường lọc.
Độ dày của bã.
Diện tích môi trường lọc.

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thúy Hồng

Page
10