Báo cáo Thực hành Kỹ Thuật Qúa trình thiết bị

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
MÔN TH KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ


BÁO CÁO THỰC HÀNH
KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

Họ tên sinh viên: Đặng Thị Kim Ngân
MSSV: 2005160137
Lớp: Chiều thứ 3 (7 – 11)
GVHD: Võ Văn Sim

TP.HCM, ngày 17 tháng 5 năm 2019

1


MỤC LỤC

Contents

BÀI 1. LỌC KHUNG BẢN
I.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Khái niệm quá trình lọc

Lọc là quá trình phân riêng các hỗn hợp nhờ 1 vật ngăn xốp, vật ngăn xốp có
khả năng cho 1 pha đi qua còn pha kia được giữ lại nên còn gọi là vách ngăn lọc.

2. Nguyên tắc lọc

Tạo ra trên huyền phù một áp suất P1, pha lỏng xuyên qua các mao dẫn, pha rắn
bị giữ lại. chênh lệch giữa hai vách ngăn gọi là động lực quá trình lọc.
∆P=P1-P2
Có thể tạo động lực của quá trình lọc bằng các cách sau:
Tăng áp suất P1: dùng cột áp thuỷ tĩnh, máy bơm hay máy nén.
Giảm áp suất P2: dùng bơm chân không.
Cân bằng vật chất trong quá trình lọc:
−
−

Vh=V0+V1=Va+V

Gh=G0+G1=Ga+G

2


Trong đó:

Vh,Gh: Thể tích và khối lượng hỗn hợp huyền phù đem đi lọc.
V0,G0: Thể tích và khối lượng chất rấn khô.
V1,G1: Thể tích và khối lượng nước lọc nguyên chất.
V2,G2: Thể tích và khối lượng bã ẩm.
V,G: Thể tích và khối lượng nước lọc chưa nguyên chất.

Độ ẩm của bã
, [% kg ẩm / kg vật liệu ướt]
3. Áp suất lọc

a. Khi lọc với áp suất không đổi

Trong đó:

µ: Độ nhớt (kg/ms)
V: Thể tích nước lọc (m3)
S: Diện tích bề mặt lọc (m2)
τ: Thời gian lọc được ấn định trước
r0: Trở lực riêng (1/m2) trở lực lớp bã tạo thành (1kg bã khô/1m2 bề mặt)
X0=Va/V0: Tỉ số giữa lượng bã ẩm (m3/lượng nước lọc (m3))
Rv: Trở lực vách ngăn (1/m)
b. Lọc với tốc độ không đổi

W= const (Kém hiệu quả)

4. Vật ngăn lọc

Phải có tính chất phù hợp với huyền phù, gồm các loại vải được đan bằng các
loại sau: sợi bông len polypropylen, clorinaxeton, pvc, sợi thủy tinh…. chịu axít.

3


5. Chất trợ lọc

Diatomit trắng tạo từ 94% SiO2, bề mặt riêng 20m2/g, bền axít, được sử dụng
rộng rãi, tạo độ xốp 93%. Perolit: tạo từ các sản phẩm núi lửa các chất trợ lọc không
được tan trong dung dịch lọc.
THÍ NGHIỆM
1. Số liệu thực nghiệm

II.

Bảng 1. Số liệu thực nghiệm
t (phút)
5
10
15
V (lít)
1
1,9
2,3
2. Tính toán
a. Diện tích bề mặt lọc: Ta có: F = 10(m2)
b. Lượng nước lọc riêng:
q=
Trong đó:

20
2,6

25
3

V: thể tích nước lọc thu được (m3)
S: diện tích bề mặt lọc (m2)
Bảng 2. Tính q và
∆q
∆t
q = V/F

∆t/∆q

−

0,09
5
0,1
55,56

0,04
5
0,19
125

3. Vẽ đồ thị
Vẽ giản đồ ∆t/∆q theo q

4

0,03
5
0,23
166,67

0,04
5
0,26
125

0,3

Phương trình tuyến tính có R2 = 0.703 ≈ 1
Y = 555.53x + 9.7283
Ta có
 2/K = 555.53 và (2.C)/K = - 9.7283
 K = 3.60.10-3 và C = 0.0175
III.

KẾT LUẬN
1. Đồ thị

Giãn đồ ∆τ/∆q theo q tuyến tính có thể suy ra K và C dựa vào dạng phương trình lý
thuyết.
2. Tính toán
−
−

−

−
−
−
−

Diện tích bề mặt lọc lớn , có thể dễ dàng thay đổi các màng lọc theo từng loại
dung dich lọc khác nhau .
Bỏ qua sai số trong quá trình tiến hành thí nghiệm , ta có thể thấy được khi tăng
áp suất thì lượng nước trên một đơn vị diện tích lọc tăng và lưu lượng dung dịch
lọc cũng tăng theo.

Qua phương trình ta thấy được khi tốc độ lọc không thay đổi áp suất lọc biến
thiên tuyến tính theo thời gian lọc.
3. Nguyên nhân sai số
Các thao tác kỹ thuật trong quá trình thí nghiệm còn vụng về.
Các giá trị đo được lấy sai số.
Sai số trong quá trình tính toán, xử lý số liệu.
4. Cách khắc phục
Kiểm tra thiết bị trước và sau khi làm thí nghiệm. Báo ngay cho bộ phận sửa
chữa nếu có phát hiện hư hỏng.
5


− Đọc kết quả và tính toán cẩn thận, lấy sai số ở mức tối thiểu.
IV.
TRẢ LỜI CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1. Nêu mục đích bài thí nghiệm?
− Làm quen với cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc khung bản.
− Biết chế độ vận hành, kiểm tra trước khi vận hành thiết bị.
− Vận hành thí nghiệm lọc huyền phù CaCO3 trong nước với áp suất không đổi.
− Xác định các hệ số lọc theo số liệu thí nghiệm thu được.
2. Lọc sử dụng dùng để làm gì? Cho ví dụ?
− Lọc sử dụng để phân riêng hay tách các hỗn hợp không đồng nhất (lỏng – rắn)

hay nhũ tương thành hai hệ rắn lỏng khác nhau.
− Ví dụ: lọc nước rau má sau khi xay, lọc dầu sau khi ép,…
3. Nêu các phương pháp tạo chênh lệch áp suất khi lọc?
Các phương pháp tạo chênh lệch áp suất khi lọc là: Làm dày hay 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 máy chế độ, được đặc trưng bằng đại lượng nào?

Lọc có 2 chế độ lọc: lọc chân không và lọc ép được đặt trưng bằng bề mặt lọc.Lọc chân
không thì bề mặt lọc được đổi mới liên lục (cạo bã liên tục).Lọc ép thị phải tạo lớp bã
đủ dày để tạo thành áo lọc
5. Phương trình vi phân lọc và nghiệm của nó?

Phương trình vi phân lọc là:
q=

Đặt

dV
∆Ρ
=
V
S .dτ


µ  r0 . X 0 + Rv 
S

 (*)

V
S :lượng nước lọc riêng (m3/m2).

Phương trình (*) được viết gọn lại như sau: q2+2.C.q=K.
Vậy nghiệm của nó là q
Nêu cấu tạo nguyên lý họat động, ưu nhược điểm và phạm vi sử
dụng của lọc khung bản?

− Cấu tạo: Máy lọc khung bản gồm có một dãy các khung và bản cùng kích thước
xếp liền nhau, giữa khung và bản có vải lọc.Huyền phù được đưa vào rảnh dưới
6.

6


−

−
−

−
−
−
−

tác dụng của áp suất rồi vào khoảng trống của khung. Chất lỏng qua vải lọc sang
các rãnh của bản rồi theo van ra ngoài. Các hạt rắn được giữ lại tạo thành bã
chứa trong khung.
Nguyên lý hoạt động: cho huyền phù vào 1 bên vách ngăn rồi tạo ra trên bề mặt
lớp huyền phù áp suất P1, Lỗ dẫn huyền phù nhập liệu của khung và bản được
nối liền tạo thành ống dẫn nhô ra để ghép với hệ thống cấp liệu. Nước lọc chảy
ra từ bản qua hệ thống đường ống và lấy ra ngoài. Bã được giữ lại trên bề mặt
vách ngăn lọc và được chứa trong khung. Khi bã trong khung đầy thì dừng quá
trình lọc để tiến hành rửa và tháo bã.
Ưu 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. Không cần người có chuyên môn cao.
Nhược điểm: Cần nhiều thời gian vệ sinh. Phải thay thế tấm đỡ theo chu kỳ.Giá
thành tấm đỡ cao. Dịch chảy nhiều, phân bố không đồng đều.Phải tháo khung

bản khi cần giảm áp suất.
7. 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,…
8. Nêu các phương pháp để tăng năng suất lọc?

Các phương pháp để tăng năng suất lọc là: tăng áp lực lọc, tăng tốc độ lọc, gia
nhiệt trong quá trình lọc để giảm độ nhớt.
9.

Nêu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lọc?

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 thiệt bị lọc.
Trạng thái của chất lọc, tính chất của huyền phù.
Nhiệt độ lọc

10. Trình bày phương trình lọc khi áp suất không đổi và ý nghĩa của các
đại lượng?

Phương trình lọc khi áp suất không đổi:

∆P = µ

7

V 2 .r0 . X 0 + 2 Rv .S .V
2S 2 .τ


Trong đó:

độ nhớt (kg/ms)
V thể tích nước lọc (m3)
S diện tích bề mặt lọc (m2)
τ thời gian lọc được ấn đính trước

r0 trở lực riêng (1/m2), trở lực lớp bã tạo thành (1kg bã khô/1m2 bề mặt)
X0= Va/V0: tỉ số giữa lượng bã ẩm (m3/ lượng nước lọc (m3))
Rv: trở lực vách ngăn (1/m)
11. Nêu phương trình lọc khi tốc độ không đổi và ý nghĩa của các đại

lượng?
Phương trình lọc với tốc độ không đổi: W=const (kém hiệu quả)
∆P = µ

Trong đó:

V 2 .r0 . X 0 + Rv .S .V
(N/m2)
2
S .τ

độ nhớt (kg/ms)
V thể tích nước lọc (m3)
S diện tích bề mặt lọc (m2)
τ thời gian lọc được ấn đính trước

r0 trở lực riêng (1/m2), trở lực lớp bã tạo thành (1kg bã khô/1m2 bề mặt)
X0= Va/V0: tỉ số giữa lượng bã ẩm (m3/ lượng nước lọc (m3))
RV: trở lực vách ngăn (1/m)

BÀI 2. HẤP THU KHÍ (THÁP ĐỆM)
I.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Khái niệm quá trình hấp thu

Quá trình hấp thu là quá trình cho một hỗn hợp khí tiếp xúc với dung môi lỏng
nhằm mục đích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một
8


dung dịch các cấu tử trong chất lỏng, pha khí sau hấp thu gọi là khí sạch, pha lỏng sau
hấp thu gọi là dung dịch hấp thu.
Ví dụ: Ví dụ hấp thu SO2 vào nước thành dung dịch H2SO3 hoặc hấp thu SO3
vào nước để điêu chế H2SO4.

Vậy quá trình hấp thu là quá trình truyền vận cấu tử vật chất từ pha khí vào pha
lỏng. Nếu quá trình xảy ra theo chiều ngược lại, nghĩa là truyền vận cấu tử vật chất từ
pha lỏng vào pha khí, ta có quá trình nhả hấp thu.
2. Ứng dụng quá trình hấp thu
−
−
−
−
−

Công nghiệp thực phẩm
Công nghệ hóa học
Công nghệ sinh học
Kỹ thuật môi trường
Ngành công nghiệp dầu khí
3. Phương pháp lựa chọn dung môi hấp thu

Khi lựa chọn dung môi cho quá trình hấp thu người ta dựa vào các tính chất sau:
a. Độ hòa tan chọn lọc

Đây là những tính chất chủ yếu của dung môi, là tính chất chỉ hòa tan tốt cấu tử
cần tách ra khỏi hỗn hợp mà không hòa tan các cấu tử còn lại hoặc hòa tan không đáng
kể. Tổng quát, dung môi và dung chất có bản chất hóa học tương tự nhau thì cho độ
hòa tan tốt. Dung môi và dung chất tạo nên phản ứng hóa học thì làm tăng độ bền hòa
tan lên rất nhiều, nhưng nếu dung môi được thu hồi để đùng lại thì phản ứng phải có
tính hoàn nguyên.
b. Độ bay hơi tương đối

Dung môi nên có áp suất hơi thấp vì pha khí sau quá trình hấp thu sẽ bão hòa
hơi dung môi do đó dung môi bị mất.

c. Tính ăn mòn của dung môi

Dung môi nên có tính ăn mòn thấp để vật liệu chế tạo thiết bị dễ tìm và rẻ tiền.
d. Chi phí:

Dung môi dễ tìm và rẻ tiền để sự thất thoát không tốn kém nhiều.
9


e. Độ nhớt

Dung môi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp thu, cải thiện điều kiện ngập lụt
trong tháp hấp thu, độ giảm áp thấp và truyền nhiệt tốt.
f.

Các tính chất khác

Dung môi nên có nhiệt dung riêng thấp để ít tốn nhiệt khi hoàn nguyên dung
môi, nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị, không tạo kết
tủa, không độc.Trong thực tế, không một dung môi nào cùng một lúc đáp ứng được tất
cả các tính chất trên, do đó khi chọn phải dựa vào những điều kiện cụ thể khi thực hiện
quá trình hấp thu, Dù sao tính chất thứ nhất cũng không thể thiếu được trong bất cứ
trường hợp nào.
4. Phương pháp hấp thu
a. Hấp thu ngược dòng

Pha khí là hỗn hợp khí G vào chứa nhiều chất. Trong đó:
Các chất trơ Gtr (không hấp thu vào lỏng)
Chất hấp thu vào lỏng gọi là cấu tử A
Pha lỏng:

−
−

−
−
−

Lượng dung môi gọi là L
Cấu tử A đã có sẵn trong pha lỏng L
Lượng dung môi trơ là Ltr là lượng dung môi tổng cộng L trừ đi lượng cấu tử A
b. Hấp thu xuôi dòng (không xét)
5. Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu
a. Quá trình hấp thu ngược chiều

Một số định nghĩa:
Phần mol của cấu tử i là số mol (suất lượng mol) của cấu tử i chia cho tổng số
mol hỗn hợp (suất lượng mol hỗn hợp)
− Phần khối lượng của cấu tử i là khối lượng (suất lượng khối lượng) của cấu tử i
chia cho tổng khối lượng hỗn hợp (suất lượng khối lượng hỗn hợp)
− Tỉ số mol của cấu tử i là số mol (suất lượng mol) của cấu tử i chia cho tổng số
mol (suất lượng mol) trừ đi số mol (suất lượng mol) của i
−

Các đơn vị:

10


−
−

−

Suất lượng mol: mol/h; (kmol/h.m2); (mol/h.m2).
Suất lượng khối lượng: kg/h; (kg/h.m2); (g/h.m2).
Phần mol và tỉ số mol không có đơn vị.

b. Hấp thu xuôi dòng (không xét)
6. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thu

Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố có ảnh hưởng quan trọngg lên quá trình hấp
thu. Chúng ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực của quá trình.
Nếu nhiệt độ tăng thì giá trị hệ số của định luật Henry tăng, đường cân bằng sẽ
chuyển dịch về trục tung, động lực truyền khối sẽ giảm, do đó tốc độ truyền khối sẽ
giảm. Nếu tăng nhiệt khối lên một giới hạn nào đó thì không những động lưc truyền
khối giảm mà ngay cả quá trình cũng không thực hiện được. Mặt khác nhiệt độ cao
cũng có ảnh hưởng tốt vì độ nhớt của dung môi giảm (có lợi đối với trường hợp trở lực
khuếch tán chủ yếu nằm trong pha lỏng).
7. Thiết bị hấp thu:
Trong công nghiệp, thực tế sản xuất người ta có thể dùng nhiều loại thiết bị khác
nhau để thực hiện quá trình hấp thu. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản của thiết bị vẫn là diện
tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn để tăng hiệu suất của quá trình hấp thu.
II.

TÍNH TOÁN
1. Số liệu thực nghiệm

11


Cột thủy tinh:

Đường kính d = 0,1 m.
Chiều cao H = 0,805 m.
Chiều cao phần chêm Z = 0,72 m.
Độ rỗng của cột ε=0,585
Vật chêm xếp ngẫu nhiên, vòng Raschig đường kính 16 mm, bề mặt riêng a=
24,656 m2/m3, độ xốp ε= 0,67.
2. Xử lí số liệu:
a. Tính toán và vẽ đồ thị cột khô tại L =0
− Trước tiên phải đổi V về m3/s:
−
−
−
−
−

(các số còn lại tính tương tự)
−

Tính G:

Cột khô đang vận hành ở nhiệt độ 50, ở đó ρkk=1,1(kg/m3) và S=0,00459225(m2)

(các số còn lại tính tương tự)
−

Tính ∆Pck:

∆Pck1 = (số lớn-số nhỏ).98,1 (N/m2) (các số liệu còn lại tính tương tự)
Với 1cmH2O = 98,1 N/m2
−

Tính chuẩn số Reck

(các số còn lại tính tương tự)
Với α = 24,656 và µ = 2,29.10-5 ở 50
−

Tính fck

(các số liệu còn lại tinh tương tự).

12


Bảng 1. Xử lí số liệu cột khô
V (m3/s)

G

0.00094 0.23
0.0012 0.29
0.0014 0.34
0.0017 0.41
0.0019 0.46
0.0021 0.50
Với Z = 0.72 (m)
−

∆PCK
(N/m2)

8.83
11.77
21.58
28.45
38.26
47.09

∆PCK/Z
16.98
22.63
41.5
54.71
73.58
90.56

Log
(∆PCK/Z)
1.23
1.35
1.62
1.74
1.87
1.96

Log
G
-0.64
-0.54
-0.47
-0.39

-0.34
-0.30

Re

fCK

logfCK

logRe

1629.41
2054.47
2048.69
2904.60
3258.82
3542.19

0.87
0.83
0.83
0.77
0.75
0.74

0.06
0.08
0.08
0.11
0.12

0.13

3.21
3.31
3.31
3.46
3.51
3.55

Vẽ đồ thị cột khô tại Log(∆Pck/Z) dựa theo LogG

b. Tính toán và vẽ đồ thị cột ướt tại L = 4, 5, 6, 7, 8, 9
−

Tính khối lượng không khí G:

Cột ướt đang vận hành ở nhiệt độ 30oC ở đó ρcư=1,117(kg/m3); µ=1,85.10-5 (kg/m.s) ;
S=0,0046(m2)

(tính toán tương tự cột khô)
−

Tính ∆Pcư: 1cmH2O = 98,1 N/m2
13


∆Pcư=(P1 – P2).98,1 (N/m2) (tính toán tương tự cột khô)
−

Tính chuẩn số Recư :

Với α = 24,656 (m2/m3) ; µ = 1,85.10-5 (kg/m.s)
(tính toán tương tự cột khô)

−

Tính δ :
;

Ví dụ ∆Pcư1= 88,29 và ∆Pck1= 39,24

⇒
(tính riêng cho từng L)
−

Tính fcư:
fcư = δ.fck

Ví dụ δ= 2,25 và fck1= 0,87
⇒ fcư=2,25.0,87= 1,96 (các số còn lại tính tương tự)
Bảng 2. Xử lí số liệu của cột ướt L = 4
V(m3/s)
0.0009
4
0.0012
0.0014
0.0017
0.0019
0.0021

G

Log G

∆Pcư
(N/m2)

∆Pcư/Z

Log
(∆Pcư/Z)

Re

Log
Re

fcư

Log fcư

0.23

- 0.64

196.2

272.5

2.44

2016.94

3.30

19.33

1.29

0.29
0.34
0.41
0.46
0.51

- 0.54
- 0.47
- 0.39
- 0.34
- 0.29

255.06 354.25
2.55
2543.10
353.16 490.5
2.69
2981.57
480.69 667.63
2.82
3595.42
686.7 953.75

2.98
4033.88
873.09 1212.6
3.08
4472.35
Bảng 3. Xử lí số liệu của cột ướt L = 5

3.41
3.47
3.56
3.61
3.65

17.99
13.59
13.01
13.09
13.72

1.26
1.13
1.11
1.12
1.14

V(m3/s)

G

0.0009

4

0.23

Log
G
0.64

∆Pcư
(N/m2)

∆Pcư/Z

Log
(∆Pcư/Z)

Re

Log
Re

fcư

Log fcư

166.77

231.63

2.36

2016.94

3.30

16.43

1.22

14


0.0012

0.29

0.0014

0.34

0.0017

0.41

0.0019

0.46

0.0021

0.51

0.54
0.47
0.39
0.34
0.29

333.54

463.25

2.67

2543.10

3.41

23.52

1.37

323.73

449.63

2.65

2981.57

3.47

12.45

1.09

451.26

626.75

2.80

3595.42

3.56

12.21

1.08

647.46

899.25

2.95

4033.88

3.61

12.69

1.10

833.85

1158.13

3.06

4472.35

3.65

13.10

1.12

Bảng 4. Xử lí số liệu của cột ướt L = 6
V(m3/s)
0.0009
4
0.0012
0.0014
0.0017
0.0019
0.0021

G

Log
G

∆Pcư
(N/m2)

∆Pcư/Z

Log
(∆Pcư/Z)

Re

Log
Re

fcư

Log fcư

0.23

- 0.64

196.2

272.5

2.44

2016.94

3.30

19.33

1.29

0.29
0.34
0.41
0.46
0.51

- 0.54
- 0.47
- 0.39
- 0.34
- 0.29

294.3
510.12
588.6
794.61
1128.15

408.75
708.05
817.5
1103.63

1566.88

2.61
2.85
2.91
3.04
3.20

2543.10
2981.57
3595.42
4033.88
4472.35

3.41
3.47
3.56
3.61
3.65

20.75
19.62
15.93
15.78
17.73

1.32
1.29
1.20
1.19

1.25

Re

Log
Re

fcư

Log fcư

2016.94

3.30

26.09

1.42

2543.10
2981.57
3595.42
4033.88
4472.35

3.41
3.47
3.56
3.61
3.65

27.67
23.01
23.89
25.76
28.36

1.44
1.36
1.38
1.41
1.45

Bảng 5. Xử lí số liệu của cột ướt L = 7
V(m3/s)
0.0009
4
0.0012
0.0014
0.0017
0.0019
0.0021

G

Log G

0.23

- 0.64

0.29
0.34
0.41
0.46
0.51

- 0.54
- 0.47
- 0.39
- 0.34
- 0.29

∆Pcư
(N/m2)
264.87

367.88

Log
(∆Pcư/Z)
2.57

392.4
598.41
882.9
1314.54
1805.04

545

831.13
1226.25
1825.75
2507

2.74
2.92
3.09
3.26
3.40

∆Pcư/Z

15


Bảng 6. Xử lí số liệu của cột ướt L = 8
V(m3/s)
0.0009
4
0.0012
0.0014
0.0017

0.23

- 0.64

∆Pcư
(N/m2)

294.3

408.75

Log
(∆Pcư/Z)
2.61

0.29
0.34
0.41

- 0.54 451.26
- 0.47 804.42
- 0.39 1177.2

626.75
1117.25
1635

2.79
3.05
3.21

G

Log
G

∆Pcư/Z

Re

Log
Re

2016.94

3.30

2543.10
2981.57
3595.42

3.41
3.47
3.56

fcư

Log fcư

28.99

1.46

31.82
30.94
31.86

1.50
1.49
1.50

Bảng 7. Xử lí số liệu của cột ướt L = 9
V(m3/s)

G

Log
G

0.0009
4

0.23

- 0.64

0.0012

0.29

- 0.54

−

Log
∆Pcư
∆Pcư/Z

2
(∆Pcư/Z)
(N/m )
470.88 654
2.82
745.56 1035.
5

3.02

Re
2016.9
4
2543.1
0

Log
Re
3.30
3.41

Vẽ đồ thị:
c. Tính toán và vẽ đồ thị cột lụt

Ngập lụt tại các điểm:
−
−

L = 8 (lít/phút) = = 1,33.10-4 (m3/s) và VL=8 = 2,1225.10-3 (m3/s)
L = 9 (lít/phút) = = 1,50.10-4 (m3/s) và VL=9= 1,415.10-3 (m3/s)

Vì L = 8; 9 có điểm lụt tại V = 3; 4,5
−

Tính π1 :

Ta có: ρkk=1,1 (kg/m3) ở 50
ε=0,585
g= 9,81 (m/s2)
ρlỏng=1000 (kg/m3)

16

46.39

Log
fcư
1.67

52.58

1.72

fcư


a= 24,656 (m2/m3)
µtd=1
(m/s) [vận tốc dòng khí qua cột]
Trong đó:

−

= 0,00785 (m2) [tiết diện ngang của cột)

Tính π2 :
Bảng 8. Các giá trị kết quả của cột lụt

Hàng
L=8
L=9

−

III.

L
(m3/s)
0.00013
3
0.00015
0

V
(m3/s)

V (vận tốc dòng
khí qua cột)

π1

logπ1

π2

logπ2

0.00212

0.27

3,77.10-4

-3.42

2,08.10-3

-2.68

0.00141

0.18

1,86.10-4

-3.73

3,53.10-3

-2.45

Vẽ đồ thị logπ1 theo logπ2

KẾT LUẬN

Kết quả thí nghiệm có sai số
17


Nguyên nhân
− Thao tác các van còn lúng túng, chưa chuẩn xác.
− Đọc kết quả đo chậm
− Dụng cụ thiết bị thí nghiệm còn nhiều hạn chế.
− Các giá trị đo được lấy sai số.
Cách khắc phục
− Thao tác thực hành phài nhịp nhàng, nhanh và chính xác.
− Kiểm tra thiết bị trước và sau khi làm thí nghiệm. Báo ngay cho bộ phận sửa
chữa nếu có phát hiện hư hỏng.
− Nắm rõ các thao tác kỹ thuật trước khi làm thí nghiệm.
IV.
TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ giảm áp của cột khô?
− Chiều cao phần chứa vật chêm.
− Đường kính tương đương của vật chêm.
− Thể tích tự do của vật chêm.
− Diện tích bề mặt riêng của vật chêm.
− Khối lượng riêng của pha khí.
− Suất lượng biểu kiến của pha khí qua một đơn vị tiết diện tháp.
2. Tháp chêm được ứng dụng trong lĩnh vực nào?
Tháp chêm được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm.
3. Có mấy loại vật chêm? Chúng được chế tạo từ vật liệu gì?

Vật chêm sử dụng gồm có nhiều loại khác nhau, phổ biến nhất là một số loại vật chêm
sau:
Vòng Raschig: hình trụ rỗng bằng sứ hoặc kim loại, nhựa, có đường kính
bằng chiều cao(kích thước từ 10- 100mm).
− Vật chêm hình yên ngựa: có kích thước từ 10- 75mm.
− Vật chêm vòng xoắn: đường kính dây từ 0,3- 1mm, đường kính vòng xoắn
từ 3- 8mm và chiều dài nhỏ hơn 25mm.
4. Kích thước vật chêm cần phải thỏa mãn điều kiện gì?
−

Vật chêm phải có diện tích bề mặt riêng lớn,ngoài ra độ rỗng cũng phải lớn.
5. Lựa chọn vật chêm cần phải thỏa mãn những điều kiện gì?

Phải có diện tích bề mặt riêng lớn,có độ rỗng lớn để giảm trở lực chop pha khí và phải
bền.
18


Ưu điểm và nhược điểm của vật chêm bằng sứ?
− Ưu điểm: giá thành rẻ, không bị oxy hóa, không bị ăn mòn.
− Nhược điểm: dễ vỡ.
7. Trong thí nghiệm các số liệu đo được cũng như lưu lượng của các dòng
có ổn định không?
6.

Trong thí nghiệm các số liệu đo được cũng như lưu lượng của các dòng không ổn định.
8. Trong thí nghiệm có mấy điểm cần lưu ý? Điểm nào quan trọng nhất?

Trong thí nghiệm có điểm cần lưu ý sau: Trong quá trình đo độ giảm áp của cột

ướt, cần canh giữ mức lỏng ở đáy cột luôn ổn định ở ¾ chiều cao đáy bằng cách chỉnh
van7. Nếu cần, tăng cường van 8 để nước trong cột thoát về bình chứa.
9. Tại sao phải duy trì mực lỏng ở ¾ đáy cột?

Vì nếu ta cho đầy thì khí không tiếp xúc được với nước (không đi vào cột hấp
thu). Nếu cho ít nước thì khí ít tiếp xúc vói dung môi,và có nhiều bọt khí thí số liệu đo
dược sẽ bị sai.
10. Có mấy loại quạt?kể tên?quạt trong bài này là loại gì? Cao áp hay

thường?
Có 2 loại quạt là quạt cao áp và quạt thường. Quạt trong bài này là quạt cao áp
Tại sao phải nghiên cứu đồ thị của tháp chêm từ điểm gia trọng đến
điểm lụt?
Vì để xác định giới hạn khả năng hoạt động của cột là từ điểm gia trong đến điểm ngập
lụt.
11.

12. Công thức tính hệ số trở lực do ma sát trong tháp chêm ở các chế độ

chảy (Re) khác nhau?
∆Pck = α G n
Cột khô:
với n = 1,8 – 2,0
Cột ướt:
Pcư = Pck
với
Giá trị tùy thuộc vào loại, kích thước, cách thức sắp xếp vật chêm (xếp ngẫu
nhiên hay theo thứ tự) và độ lớn của lưu lượng lỏng L. Thí dụ với vật chêm là vòng sứ
Raschig 12,7 mm, chêm ngẫu nhiên, độ xốp = 0,586; giá trị của L từ 0,39 đến 11,7
kg/m2s và cột hoạt động trong vùng dưới điểm gia trọng.

19


Công thức tổng quát tính tổn thất áp suất trong tháp chêm? Giải
thích các thừa số trong công thức và mức độ ảnh hưởng của chúng đến
độ giảm áp.
Tổn thất Trở lực tháp khô:
h wo2 ρ k
f haρ k wo2
∆p = f ck
= ck
, N / m2
d td 2
8ε
13.

Re k =

Trong đó:

wρ k d td
µk

h - chiều cao lớp đệm, m
wo- vận tốc pha khí
a - bề mặt riêng, m2/m3
độ xốp, m3/m3
khối lượng riêng của không khí, kg/m3
fck - hệ số ma sat của dòng chảy qua lớp hạt, phụ thuộc vào Rek

Khi Rek < 40:
Khi Rek > 40:

f ck =

40
Rek

f ck =

16
Re0k , 2

Tháp chêm làm việc ở chế độ nào là tốt nhất? Thực tế có thể vận
hành ở chế độ này hay không? Tại sao?
Tháp chêm làm việc ở chế độ chân không là tốt nhất.nhưng không thể vận hành
cho thực tế. Vì thực tế sẽ mau làm dòng lỏng đạt đến điểm lụt.
14.

Thế nào là điểm gia trọng?
Cho pha khí tiếp xúc pha lỏng phải qua vật liệu điệm tăng độ tiếp xúc.Khi vận
tốc khí lỏng sẽ phân tán trong khí, tăng tốc độ khí lỏng bị tụ lại,Điểm gia trọng điểm đó
áp suất pha khí đủ lớn để xuyên qua pha lỏng liên tục. Ưu điểm: ít tốn dung môi.
15.

BÀI 3. CÔ ĐẶC
I.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1. Khái niệm chung
a. Định nghĩa cô đặc

20


Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một phần
dung môi ở nhiệt độ sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ.
b. Mục đích của quá trình cô đặc
−
−
−
−
−
−

−
−

Làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch.
Tách chất rắn hoà tan ở dạng rắn (kết tinh).
Tách dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước).
c. Các phương pháp cô đặc
Cô đặc ở áp suất khí quyển: là phương pháp đơn giản nhưng không kinh tế.
Cô đặc ở áp suất chân không: dung cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dung
dịch dễ bị phân huỷ vì nhiệt…
Cô đặc ở áp suất dư: dung cho các dung dịch không phân huỷ ở nhiệt độ cao, sử
dụng hơi thứ cho các quá trình khác.
2. Cơ sở lý thuyết
a. Cân bằng vật liệu trong hệ thống cô đặc 1 nồi

Bảo toàn khối lượng:
Gđ = G c + W
Bảo toàn chất khô:
Gđ.xđ = Gc.xc

Trong đó:

Gđ : khối lượng nguyên liệu, [kg];[kg/s]
Gc : khối lượng sản phẩm, [kg]; [kg/s]
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]

Theo định luật bảo toàn vật chất:
+ Lượng hơi thứ:
W = Gđ (1- )
+ Nồng độ sản phẩm cuối:
b. Cân bằng nhiệt lượng
− Theo định luật bảo toàn nhiệt:
−

Gđ.cđ.tđ + D.i = Gc.cc.tc + W.i’ + D.cn.tn + Qcđ + Qmt
Với: tđ nhiệt độ nguyên liệu, [độ]
tc nhiệt độ sản phẩm, [độ].
tn nhiệt độ nước ngưng, [độ]

21


cđ nhiệt dung riêng nguyên liệu, [J/kg.độ]

cc nhiệt dung riêng sản phẩm, [J/kg.độ]
cn nhiệt dung riêng nước ngưng, [J/kg.độ]
i

hàm nhiệt trong hơi đốt, [J/kg]

i’ hàm nhiệt trong hơi thứ, [J/kg]
Qcđ tổn thất nhiệt cô đặc, [J]; Qcđ=0.01.∆q.Gc
∆q tổn thất nhiệt cô đặc riêng, [J/kg]
Qmt tổn thất nhiệt ra môi trường, [J].
−

Lượng hơi đốt tiêu tốn:

Trong quá trình tính toán nhiệt có thể xem cccđ
−

Tính bề mặt truyền nhiệt

Theo phương trình truyền nhiệt:
Trong đó:

Q = K.F.τ.∆thi= D.(i – cntn)

Q: lượng nhiệt truyền, [J].
K: hệ số truyền nhiệt, [W/m2.độ].
F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, [m2]
τ: thời gian cô đặc, [s].
∆thi: hiệu số nhiệt hữu ích, [độ].

−

Bề mặt truyền nhiệt:
3. Thiết bị thí nghiệm

Dung dịch được cô đặc theo từng mẻ, nhập liệu một lần từ thùng chứa dung dịch
đầu. dung dịch sôi trong buồng bốc hơi do nhiệt truyền từ nước nóng bên vỏ ngòi. Hơi
thứ bốc hơi do nhiệt truyền từ nước nóng bên vỏ ngoài. Hơi thứ bốc lên từ dung dịch
sôi được dẫn qua thiết bị ngưng tụ ống xoắn để ngưng tụ thu hồi và định lượng. Một
bơm chân không loại vòng nước được sử dụng để tạo chân không cho hệ thống.
Hệ thống cô đặc hai vỏ có thiết bị chính sau:
22


−
−
−
−
−
−
−
−
−
−

Nồi cô đặc hai vỏ có cánh khuấy
Máy khuấy trộn
Thiết bị ngưng tụ ống xoắn
Bình chứa nước ngưng
Bơm chân không loại vòng nước

Áp kế đo độ chân không
Nhiệt kế điện tử
Hệ thống điện
Xô nhựa chứa dung dịch đầu
Nồi cô đặc hai vỏ
a. Nồi cô đặc 2 vỏ

Nồi chứa dung dịch đường có đường kính D = 250mm, Cao H = 500mm, bề dày
δ = 5mm. Nồi được chế tạo bằng thép không gỉ AISI304
b. Thiết bị ngưng tụ ống xoắn

Ống xoắn có đường kính φ16 được quấn thành các vòng xoắn có đường kính D
= 150mm. Ống xoắn được gia công bằng thép không gỉ AISIS304.
c. Bơm chân không

Hệ thống sử dụng bơm chân không loại vòng nước 1HP.
4. Sơ đồ thiết bị

23


THÍ NGHIỆM

II.

Bảng 1. Số liệu từ phòng thí nghiệm
Thời
gian
(phút)

Nồng độ
dung dịch
đường
(Brix)

Lượng
nước
ngưng thu
được V
(ml)
290
630
490
450
595
550
510
400
550
300
290
200

Nhiệt
độ nước
vào

Nhiệt
độ
nước

ra

Nhiệt
độ vỏ
ngoài

5
18
34
36
86
10
21.2
44
40
85
15
22
45
40
84
20
23
43
40
84
25
24.5
42
40

84
30
26.5
40
39
85
35
33.5
40
39
85
40
37
39
39
85
45
43
39
39
85
50
47
39
39
85
55
54
38
39

85
60
60
38
39
86
1. Tính toán
− Nồng độ phần khối lượng của dung dịch đường nhập liệu :

Nhiệt độ
dung
dịch

Nhiệt
độ hơi
thứ

84
73
72
73
74
74
75
74
77
78
82
88

45
61
60
61
61
61
61
60
61
61
61
59

Tại t = 0, nồng độ là 12,5Bx vậy xđ = 0,125 (phần khối lượng)
−

Nồng độ dịch đường thu được sau quá trình thí nghiệm

60Bx=> xc= 0,60 (phần khối lượng)
a. Khối lượng dung dịch đường nhập liệu:

Trong đó:

Thể tích dung dịch đường nhập liệu (m3)
Khối lượng riêng của dung dịch đường nhập liệu ở 12,5Bx (kg/m3)
b. Khối lượng dung dịch đường thu được

Trong đó:

Thể tích dung dịch đường thu được (m3).

24


Khối lượng riêng của dung dịch đường thu được ở 60Bx (kg/m3).
c. Lượng nước ngưng thực tế

Trong đó :
(m3)).

(Tổng thể tích nước ngưng thu được trong suốt quá trình thí nghiệm
Khối lượng riêng nước ngưng tra ở 30 (kg/m3)

d. Tính cân bằng vật chất và các đại lượng chưa biết

Ta có:

xđ = 0,125 (phần khối lượng)
Gđ = 10,5 (kg)
Gc = 6,44 (kg)

Tính xc và W áp dụng định luật bảo toàn vật chất:
− Bảo toàn khối lượng: Gđ = Gc + W
 W= Gđ - Gc=10,5 6,44 = 4,06 (kg)
− Bảo toàn chất khô: Gđ.xđ = Gc.xc
 xc= Gđ.xđ / Gc = 10,5. 0,125/6,44 = 0,20 (phần khối lượng)
2. Vẽ đồ thị
a. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa chỉ số Brix với thòi gian cô đặc

b. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lượng nước ngưng thu được và thời gian

cô đặc.

25