Giáo trình thực hành Máy và quá trình thiết bị (Phần 1)

Nội dung text: Giáo trình thực hành Máy và quá trình thiết bị (Phần 1)

1. TRÖÔØNG CAO ÑAÚNG COÂNG NGHIEÄP 4 KHOA HOAÙ GIAÙO TRÌNH THÖÏC HAØNH MAÙY VAØ QUAÙ TRÌNH THIEÁT BÒ HEÄ TRUNG CAÁP Thaønh phoá Hoà Chí Minh, 9 – 2004
2. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò MUÏC LUÏC Noäi dung Trang MUÏC LUÏC 2 BAØI 1: CHÖ NG CAÁT 5 BAØI 2: TRUYEÀN NHIEÄT OÁNG LOÀNG OÁNG 10 BAØI 3: THAÙP ÑEÄM 16 BAØI 4: QUAÏT LY TAÂM 28 BAØI 5: BÔM LY TAÂM 33 BAØI 6: LOÏC KHUNG BAÛN 44 BAØI 7: THAÙO LAÉP THIEÁT BÒ TRUYEÀN NHIEÄT 52 BAØI 8: THAÙO LAÉP THIEÁT BÒ LOÏC. 53 2
3. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò MOÂN HOÏC: THÖÏC HAØNH MAÙY VAØ THIEÁT BÒ 1. Maõ moân hoïc : 038TP320 2. Soá ñôn vò hoïc trình: 2 3. Trình ñoä thuoäc khoái kieán thöùc: Khoái kieán thö ùc cô sôû ngaønh. 4. Phaân boá thôøi gian: 100% thö ïc haønh 5. Ñieàu kieän tieân quyeát: Thö ïc haønh sau khi hoïc song caùc moân hoïc lyù thuyeát caùc quaù trình vaø thieát bò 1 vaø 2. 6. Moâ taû vaén taét noäi dung moân hoïc: Trang bò cho sinh vieân naém baét ñö ôïc caùc kieán thö ùc lyù thuyeát ñaõ hoïc trö ôùc veà caùc cô sôû caùc quaù trình thuûy lö ïc, cô hoïc vaät lieäu rôøi, truyeàn nhieät, truyeàn khoái. Tính toaùn ñö ôïc caùc thoâng soá cô baûn trong caùc quaù trình ñoù. 7. Nhieäm vuï cuûa sinh vieân: Tham dö ï hoïc vaø thaûo luaän ñaày ñuû. Thi vaø kieåm tra giö õa hoïc kyø theo qui cheá 04/1999/QÑ-BGD&ÑT 8. Taøi lieäu hoïc taäp : Giaùo trình thö ïc taäp quaù trình vaø thieát bò 9. Taøi lieäu tham khaûo : [1]. Soå tay quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc. Taäp 1, 2 - Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø kyõ thuaät. Haø noäi, 1992 [2]. Nguyeãn Bin - Tính toaùn quaù trình, thieát bò trong coâng ngheä hoùa chaát vaø thö ïc phaåm. Taäp 1, 2 - NXB Khoa hoïc vaø kyõ thuaät, 1999 [3]. Phaïm Vaên Boân, Nguyeãn Ñình Thoï- Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc - Truyeàn nhieät - NXB Ñaïi hoïc quoác gia thaønh phoá Hoà Chí Minh. [4]. Ñoã Troïng Ñaøi, Nguyeãn Troïng Khuoâng, Traàn Quang Thaûo, Voõ Thò Ngoïc Tö ôi, Traàn Xoa - Cô sôû quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc. Taäp 1, 2 - NXB Ñaïi hoïc vaø trung hoïc chuyeân nghieäp. Haø Noäi, 1974 [5]. Hoaøng Ñình Tín - Nhieät coâng nghieäp - NXB Ñaïi hoïc quoác gia thaønh phoá Hoà Chí Minh, 2001 [6].Voõ Vaên Bang, Vuõ Baù Minh - Truyeàn khoái - NXB Khoa hoïc vaø kyõ thuaät, 1998 [7]. Hoaøng Minh Nam, Vuõ Baù Minh - Cô hoïc vaät lieäu rôøi - NXB Khoa hoïc vaø kyõ thuaät, 1998 10. Tieâu chuaån ñaùnh giaù sinh vieân: Tham dö ï ñaày ñuû caùc buoåi thö ïc haønh vaø thaûo luaän ñaày ñuû. Thi kieåm tra giö õa hoïc kyø kyø theo qui cheá 04/1999/QÑ- BGD&ÑT 11. Thang ñieåm: 10/10 12. Muïc tieâu moân hoïc: Trang bòcho sinh vieân nhö õng kieán thö ùc cô baûn veà cô sôû lyù thuyeát chuyeân ngaønh hoaù hoïc. 3
4. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò 13. Noäi dung chi tieát: Baøi 1: Chö ng caát Baøi 2: Truyeàn nhieät oáng loàng oáng Baøi 3: Thaùp ñeäm Baøi 4: Quaït ly taâm Baøi 5: Bôm ly taâm Baøi 6: Loïc khung baûn Baøi 7: Thaùo laép thieát bò truyeàn nhieät Baøi 8: Thaùo laép thieát bò loïc 4
5. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò BAØI 1: CHÖNG CAÁT I . MUÏC ÑÍCH : Khaûo saùt aûnh hö ôûng cuûa doøng hoøan lö u vaø aûnh hö ôûng cuûa vò trí maân nhaäp lieäu ñeán hieäu suaát cuûa thaùp chö ng caát vaø ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm . II. LYÙ THUYEÁT : Moâ hình maâm lyù thyeát laø moâ hình toùan ñôn giaûn nhaát dö ïa treân caùc cô sôû sau : a / Caân Baèng giö õa hai pha loûng – hôi cho hoãn hoïp hai caáu tö û. b / Ñieàu kieän ñoäng lö ïc hoïc lö u chaát lyù tö ôûng treân maâm lyù tö ôûng cho hai pha loûng – hôi laø: - Pha loûng phaûi hoøa troän hoøan toøan treân maâm - Pha hôi khoâng loâi cuoán caùc gioït loûng tö ø maâm dö ôùi leâm maâm treân vaø ñoàng thôøi coù noàng ñoä ñoàng nhaát taïi moïi vò trí treân tieát dieän. - Treân moãi maâm luoân ñaït sö ï caân baèng giö õa hai pha. 1. Hieäu suaát : Ñeå chuyeån soá maâm lyù thuyeát thaønh soá maâm thö ïc ta caàn phaûi bieát hieäu suaát maâm. coù 3 loïai hieäu suaát caàn duøng laø: (1) hieäu suaát toång quaùt , lieân quan ñeán toøan thaùp. (2) hieäu suaát maâm Murphree, lieân quan ñeán moät maâm vaø (3) hieäu suaát cuïc boä, lieân quan ñeán vò trí cuï theå treâm maâm. Hieäu suaát toång quaùt E0 ñôn giaûn khi sö û duïng nhö ng keùm chính xaùc nhaát, ñuoï7c ñònh nghóa laø tyû soá giö õa maâm lyù tö ôûng vaø soá maâm thö ïc cho toøan thaùp. Soá maâm lyù tö ôûng soá baäc thang - 1 E0 = = Soá maâm thö ïc soá maâm thö ïc Vôùi 1 tö ôïng trö ng cho noài ñun luoân luoân tö ông ñö ông vôùi moät maâm lyù thuyeát Hieäu suaát maâm Murphree ñònh nghóa laø : yn - yn+1 EM = * y n - yn+1 Trong ñoù : yn = noàng ñoä thö ïc ucuûa pha hôi rôøi maâm thö ù n. yn+1 = Noàng ñoä thö ïc cuûa pha hôi vaøo maâm thö ù n. * y n = Noàng ñoä pha hôi caân baèng vôùi pha loûng rôøi oáng chaûy chuyeàn maâm thö ù n. Hieäu suaát maân Murphree do ñoù laø tyû soá giö õa sö ï bieán ñoåi noàng ñoä pha hôi qua moät maâm vôùi sö ï bieán ñoåi noàng ñoä cö ïc ñaïi coù theå ñaït ñö ôïc khi pha hôi rôøi maâm caân baèng vôùi pha loûng rôøi maâm thö ù n . noùi chung pha loûng rôøi maân coù noàng ñoä 5
6. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò khoâng baèng vôùi noàng ñoä trung bình cuûa pha loûng treân maâm neân daãn ñeán khaùi nieäm hieäu suaát cuïc boä. hieäu suaát cuïc boä ñö ôïc ñònh nghóa nhö sau : , , yn - y n+1 EM = , , y en - y n+1 , yn : Noàng ñoä rôøi khoûi vò trí cuï theåtreân maâm n . , y n+1 : Noàng ñoä pha hôi vaøo maâm n taïi cuøng vò trí . , y en : Noàng ñoä pha hôi caân baèng vôùi pha loûng taïi cuøng vò trí 2. Moái lieân heä giöõa hieäu suaát maâm Murpree vaø hieäu suaát toång quaùt : Hieäu suaát toång quaùt cuûa thaùp khoâng baèng vôùi hieäu saât trung bình cuûa tö øng maâm. Moái lieân heä naøy tuøy thuoäc vaøo ñoä doác tö ông ñoái cuûa ñông2 caân baèng vaø ñö ôøng laøm vieäc. Khi mG/L > 1 hieäu suaát toång quaùt coù giaù trò lôùn hôn vaø khi mG/L < 1 hieäu suaát toång quaùt coù giaù trò nhoû hôn .Nhö vaäy vôùi quaù trình trong ñoù caû hai vuøng nhö treân (chö ng caát) thì hieäu suaát toång quaùt E0 coù theå gaàn baèng hieäu suaát maâm EM. Tuy nhieân khi phaân tích hoaït ñoäng cuûa moät thaùp thay moät phaàn cuûa thaùp thö ïc teá trong ñoù ño ñö ôïc sö ï bieán thieân noàng ñoä qua moät hoaëc moät vaøi maâm seõ xaùc ñònh ñö ôïc giaù trò ñuùng cuûa EM hôn laø giaû sö û EM = E0 . III. THIEÁT BÒ VAØ HOÙA CHAÁT : - Heä thoáng chö ng caát 5 maâm xuyeân loã (xem hình veõ). - Moät heä thoáng ño nhieät ñoä . Ño nhieät ñoä caùc maâm , noài ñun , nhieät ñoä nhaäp lieäu , nhieät ñoä hoaøn lö u . - Moät phuø keá . - Ñoàng hoà ño thôøi gian (sinh vieân chuaån bò ). - Moät oáng khaéc vaïch 250 ml . - Moät bình nö ôùc caát. - Moät bình rö ôïu Etylic. IV. PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM : 1 Tieán haønh thí nghieäm : - Ñoå bình nö ôc caát vaøo bình nhaäp lieäu, pha rö ôïu vaøo sao cho noàng rö ôïu khoaûng 15-20 ñoä, pha hoãn hôïp gaàn ñaày bình nhaäp lieäu . - Khi hoãn hôïp trong noài ñun dö ôùi vaïch traéng (1/3) noài ñun seõ raát nguy hieåm, seõ chaùy ñieän trôû noài ñun, luoân luoân phaûi chuù yù mö ùc chaát loûng trong bình nhaäp lieäu (1/3 noài ñun). - Ñoùng caàu dao toång cuûa heä thoáng , môû coâng taéc ñieän cuûa nguoàn chính, môû coâng taéc gia nhieät noài ñun, chôø noài ñun soâi tieán haønh nhaäp lieäu. 6
7. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò - Noái ñaàu oáng nhaäp lieäu vaøo maâm muoán khaûo saùt, môû van NL, môû van vaøo maâm caàn nhaäp lieäu,môû coâng taéc bôm nhaäp lieäu, ñieàu chænh lö u lö ôïng nhaäp lieäu (baèng nuùt ñieàu chænh treân lö u lö ôïng keá ).ÔÛ ñoä ñoïc thích hôïp (theo giaùo vieân hö ôùng daãn). Nhieät ñoä nhaäp lieäu coù theå ñieàu chænh baèng nuùt nhieät suaát cung caáp cho doøng nhaäp lieäu. - Môû bôm nö ôùc cung caáp doøng laøm nguoäi. (Sö û duïng chung vôùi baøi oáng loàng oáng). Trong quaù trình chö ng caát khoâng ñö ôïc taét bôm naøy. - Trong quaù trình thieát bò chö ng caát ñang hoaït ñoäng. Caùc van SP, BNL seõ ñoùng. - Saûn phaåm ñænh thu ñö ôïc seõ cho hoøan lö u qua ñænh thaùp chö ng caát baèng caùch , môû van HL1, HL2, môû coâng taéc bôm hoaøn lö u, lö u lö ôïng hoøan lö u ñö ôïc ñieàu chænh qua lö u lö ôïng keá hoøan lö u ôû ñoä ñoïc thích hôïp (theo GVHD). Nhieät ñoä hoaøn lö u coù theå ñieàu chænh baèng nuùt nhieät suaát cung caáp cho doøng hoaøn lö u . - Khi saûn phaåm trong bình thu saûn phaåm ñaõ ñaày, tieán haønh ño noàng ñoä saûn phaåm ñænh baèng caùch môû van cho vaøo oáng ñong vaø ño noàng ñoä rö ôïu ,sau khi ño xong noàng ñoä, phaûi môû van hö ùng saûn phaåm vaøo bình ñö ïng coàn ñeå tieán haønh ño maân keá tieáp (rö ôu trong oáng ñong cuõng cho vaøo bình ñö ïng coàn, khoâng môû van BNL ñeå noàng ñoä nhaäp lieäu khoâng bò thay ñoåi) - Khi thay ñoåi vò trí maâm nhaäp lieäu, thaùo ñaày oáng nhaäp lieäu gaén vaøo maâm môùi (maâm caàn thí nghieäm), khoâng caàn thieát ñieàu chænh lö u lö ôïng. Nhö ng caàn taét bôm nhaäp lieäu vaø gia nhieät nhaäp lieäu . 2 Ngöøng maùy : + Taét gia nhieät hoaøn lö u , taét bôm hoaøn lö u. + Taét gia nhieät nhaäp lieäu, taét bôm nhaäp lieäu . + Taét gia nhieät noài ñun . + Thaùo saûn phaåm ñænh vaøo bình nhaäp lieäu coàn qua van. + Taét bôm doøng laøm laïnh, khi khoâng coøn saûn phaåm . + Ngaét coâng taét ñieän vaøo heä thoáng . + Ngaét caàu dao toång cuûa heä thoáng chö ng caát . + Coù theå duøng loaïi saûn phaåm ñaùy neáu rö ôïu coøn nhieàu. V. NOÄI DUNG THÍ NGHIEÄM 1. Aûnh hö ôûng cuûa doøng hoaøn lö u giö õ doøng nhaäp lieäu ôû ñoä ñoïc nhaát ñònh khoâng ñoåi vaøo maâm soá 4 (hoaëc baát kyø maâm khaùc) thí nghieäm 3 trò soá khaùc nhau cuûa doøng hoaøn lö u ôû 3 ñoä ñoïc khaùc nhau (theo GVHD) 2. Aûnh hö ôûng cuûa vò trí maâm nhaäp lieäu : Thay ñoåi 2 vò trí môùi cuûa maâm nhaäp lieäu vaøo maâm soá 2 vaø maâm soá 5 (hoaëc hai maâm khaùc vôùi thí nhgieäm 1) giö õ lö u lö ôïng nhaäp lieäu khoâng ñoåi . 3. Ño nhieät ñoä doøng nhaäp lieäu vaø nhieät ñoä doøng hoaøn lö u baèng ñoàng hoà ñieän tö û. 7
8. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò 4. Ño noàng ñoä nhaäp lieäu vaø trong moãi thí nghieäm môû van SP ñeå laáy maãu saûn phaåm vaøo oáng ñong vaø ño noàng ñoä baèng phuø keá . VI. KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM VAØ TÍNH TOAÙN : 1. Keát quaû ño vaø tính toaùn ghi theo maãu sau: Thí nghieäm Vò trí maâm L.lö ôïng doøng Ñoä chæ phuø Nhieät ñoä ño ml/ph keá F Lo D VD VF tF tLO 1 120 30 2 180 60 3 240 90 4 120 TN Vò trí maâm R xF xD xW tF 1 2 3 4 TN Phöông trình ñöôøng nhaäp lieäu Phöông trình ñöôøng caát 1 2 3 4 TN Vò trí maâm R Soá maâm LT H.suaát maâm Hieäu suaát maâm soá t.quaùt 1 2 3 4 5 1 2 3 4 2. Ñoà thò vaø keát quaû tính toaùn a. Tìm soá maâm lyù thuyeát baèng phö ông phaùp ñoà thò. Duøng moãi ñoà thò cho moãi trö ôøng hôïp thí nghieäm. a. Tính hieäu suaát toång quaùt vaø hieäu suaát maâm cho moãi trö ôøng hôïp thí nghieäm. b. Tö ø soá maâm thö ïc veõ treân ñoà thò suy ra ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm ñænh . 3. Baøn luaän: 8
9. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò a. Baøn luaän veà aûnh hö ôûng cuûa doøng hoaøn lö u ñeán ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm vaø hieäu suaát maâm vaø hieäu suaát toång quaùt cuûa coät chö ng caát. b. Baøn luaän veà aûnh hö ôûng cuûa vò trí maâm nhaäp lieäu treân ñoä tinh khieát vaø hieäu suaát maâm. c. Nhö õng ö ùng duïng chö ng caát trong coâng nghieäp, thieát bò chö ng caát trong thö ïc teá vaø moâ hình thí nghieäm. VII. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO: 1. Quaù trình thieát bò taäp 3 – Truyeàn khoái (chö ông 5 vaø chö ông 7) Voõ Vaên Bang & Vuõ Baù Minh, ÑHBK.TP.HCM 1997. 2.Soå tay quaù trình vaø thieát bò taäp 1 vaø taäp 2, ÑHBK Haø noäi ,1980. B o ä P h a ä n N g ön g T u ï S a û n P h a å m Ñieän Trôû Doøng Laøm Ñieän Trôû Ñun Ñun Noùng Nguoäi Noùng Doøng Doøng Nhaäp AT Hoaøn Löu Lieäu LN Löu Löôïng Keá Ño Löu Löôïng Keá Doøng Hoaøn Ño Doøng Nhaäp Bình Chöùa Saûn Löu Lieäu Phaåm Ñænh HL2 NL HL1 BNL Noài Ñun SP Bôm Hoaøn Löu Ñieän Trôû 2,5 Kw Bình Chöùa Nhaäp Lieäu TL Bôm Nhaäp Lieäu THIEÁT BÒ THÍ NGHIEÄM CHÖNG CAÁT 9
10. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò BAØI 2. TRUYEÀN NHIEÄT OÁNG LOÀNG OÁNG I. MUÏC ÑÍCH THÍ NGHIEÄM Laøm quen vôùi thieát bò truyeàn nhieät daïng oáng loàng oáng, caùc duïng cuï ño nhieät ñoä vaø lö u lö ôïng lö u chaát. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät trong quaù trình truyeàn nhieät giö õa hai doøng laïnh noùng ñö ôïc ngaên caùch bôûi vaùch ngaên kim loaïi ôû caùc cheá ñoä chaûy khaùc nhau. Thieát laäp phö ông trình caân baèng nhieät lö ôïng . II. LYÙ THUYEÁT Truyeàn nhieät trong thieát bò daïng oáng loàng oáng laø sö ï truyeàn nhieät phö ùc taïp giö õa hai lö u chaát ñö ôïc ngaên caùch bôûi vaùch ngaên kim loaïi. Phö ông thö ùc truyeàn nhieät ôû ñaây laø truyeàn nhieät ñoái lö u tö ø vaùch ngaên ñeán lö u chaát (vaø ngö ôïc laïi) vaø daãn nhieät qua thaønh oáng kim loaïi. Nhieät lö ôïng do doøng noùng toûa ra: QN = G1C1(tv1 – tR1) Nhieät lö ôïng do doøng laïnh nhaän vaøo QL = G2C2(tR2 – tv2) Tö ø doù ta thaønh laäp phö ông trình caân baèng nhieät lö ôïng QN = QL G1C1(tv1 – tR1) = G2C2(tR2 – tv2) (1) Trong ñoù: G1, G2 - Lö u lö ôïng doøng noùng vaø doøng laïnh, kg/s C1, C2 - Nhieät dung rieâng cuûa lö u chaát, J/kg.ñoä 0 tv1, tR1 - Nhieät ñoä vaøo vaøra cuûa doøng noùng, C 0 tv2, tR2 - Nhieät ñoä vaøo vaø ra cuûa doøng laïnh, C Quaù trình truyeàn nhieät ñö ôïc bieåu dieãn bôûi phö ông trình: * Q = Kl . tlog.L (2) Trong ñoù: L - Chieàu daøi oáng, m * 2 Kl - Heä soá truyeàn nhieät daøi theo thö ïc nghieäm, W/m .ñoä 0 tlog – hieäu soá nhieät ñoä trung bình giö õa hai doøng lö u chaát, C Δ t Δt n Δt l (3) log Δt ln l Δt n 10
11. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò tv2 t Neáu hai doøng lö u chaát chuyeån v1 t ñoäng ngö ôïc chieàu thì tL vaø L t tv1 tN ñö ôïc tính nhö hình 1. R2 tv1 Trong ñoù tN tR1 tv1 tv1 tL = tv2 – tR1 tv1 tN = tR2 – tv1 tv1 Hình 1 Neáu Δt thì hieäu soá nhieät ñoä trung bình cuûa hai doøng lö u chaát coù theå ñö ôïc L 2 Δt N tính theo coâng thö ùc: Δt Δt Δt Δt L N log tb 2 Heä soá truyeàn nhieät daøi tính theo lyù thuyeát Kl: (4) Π K l 1 1 dng 1 r .ln  b d 2 d d d α 1 tr λ tr α 2 ng b Trong ñoù: dng, dtr - Ñö ôøng kính ngoaøi vaø ñö ôøng kính trong cuûa oàng truyeàn nhieät, m .  - heä soá daãn nhieät cuûa kim loaïi laøm oáng, W/m.ñoä. db - Ñö ôøng kính lôùp baån baùm treân thaønh oáng, m. 2 rb – heä soá trôû nhieät cuûa caën baån, m .ñoä/W 1, 2 - heä soá caáp nhieät giö õa vaùch ngaên vaø caùc doøng lö u chaát ñö ôïc tính tö ø chuaån soá Nu. P 0,25 Nu A.R m .P n ( r ) .E .E e r l R Prt Caùc heä soá A, m, n, El, ER laø caùc heä soáthö ïc nghieäm phuï thuoäc vaøo caùc yeáu toá: Cheá ñoä chaûy cuûa doøng lö u chaát. Sö ï tö ông quan giö õa doøng chaûy vaø beà maët truyeàn nhieät. Ñaëc ñieåm beà maët truyeàn nhieät bao goàm ñoä nhaùm, hình daïng III. THIEÁT BÒ THÍ NGHIEÄM Heä thoáng thieát bò thí nghieäm coù 3 loaïi oáng vôùi kieåu keá caáu beà maët truyeàn nhieät nhö sau: Kieåu oáng A: Loaïi oáng coù caùnh taûn nhieät. Kieåu oáng B: Loaïi oáng loàng oáng maø lö u chaát chaûy ngang maët ngoaøi cuûa oáng trong. 11
12. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò Kieåu oáng C: Loaïi oáng loàng oáng ñôn giaûn, lö u chaát chaûy doïc beà maët cuûa oáng trong Kích thö ôùc caùc loaïi oáng truyeàn nhieät cho trong baûng 1 Baûng 1: Kích thöôùc caùc loaïi oáng truyeàn nhieät trong baøi thí nghieäm Kieåu oáng Ñö ôøng kính oáng Ñö ôøng kính oáng Chieàu daøi, mm trong, mm ngoaøi, mm A 10,7/12,7 26/28 1000 B 14/16 26/28 1000 C 14/16 26/28 1000 IV. TRÌNH TÖÏ THÍ NGHIEÄM: Môû van 1 cho nö ôùc vaøo thuøng D khoaûng 2/3. Baäc coâng taéc ñieän trôû F, ñun nö ôùc cho tôùi luùc soâi. Ñoái vôùi baøi thí nghieäm naøy ta coá ñònh lö u lö ôïng doøng laïnh vaø cho thay ñoåi doøng noùng ñeå xeùt sö ï trao ñoåi nhieät giö õa hai doøng lö u chaát. 1. Ñoái vôùi oáng B: Ñieàu chænh doøng laïnh: Môû hoaøn toaøn van 2 vaø 6/ ñeå ñaûm baûo raèng nö ôùc coù theå hoaøn lö u laïi thuøng chö ùa. Ñoùng 3 van noùng 9N, 10N, 11 vaø môû 3 van laïnh 9L, 10L, 12. Môû bôm laïnh BL vaø môû van 8 ñeå doøng laïnh vaøo oáng B. Ñoùng hoaøn toaøn van 12 vaø ñieàu chænh van 6/ ñeå lö ôïng nö ôùc qua lö u lö ôïng keá laø 8 l/phuùt. Môû laïi van 12 ñoàng thôøi ñoùng hai van 9L, 10L ñeå khoâng cho doøng laïnh chaûy qua lö u lö ôïng keá. Lö u yù raèng doøng laïnh chaûy qua oáng B luùc naøy laø 8 l/phuùt. Ñieàu chænh doøng noùng: Môû 3 van noùng 9N, 10N, 11. Môû van 4 vaø ñoùng hai van 3, 5 ñeå doøng noùng chaûy vaøo oáng B. Baäc bôm BN sau ñoù ñoùng van 11 laïi. Ñieàu chænh van 4 cho nö ôùc qua lö u luôïng keá laø 4 l/phuùt. Ñôïi khoaûng 2 phuùt, sau ñoù ño nhieät ñoä ñaàu vaøo vaø ra cuûa 2 doøng lö u chaát ö ùng vôùi caùc nuùt treân thieát bò ño nhieät ñoä. Tieáp tuïc ñieàu chænh van 4 ñeå taêng lö u lö ôïng doøng noùng leân 8 vaø 12 l/phuùt, ño nhieät ñoä ñaàu vaøo vaø ra tö ông tö ï nhö treân. Taét bôm noùng BN. 2. Ñoái vôùi oáng C Ñoùng ba van noùng 9N, 10N, 11 vaø môû laïi ba van laïnh 9L, 10L, 12. Môûvan 7 vaø ñoùng van 8 ñeå cho doøng laïnh chaûy qua oáng C. 12
13. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò Ñoùng van 12 laïi vaø ñieàu chænh van 6/ ñeå nö ôùc chaûy qua lö u lö ôïng keá G laø 8 l/phuùt. Ñoùng 3 van noùng 9N, 10N, 11 vaø môû 3 van laïnh 9L, 10L, 12. Caùc bö ôùc coøn laïi hoaøn toaøn tö ông tö ï nhö ñoái vôùi oáng B. 3. Ñoái vôùi oáng A Do oáng A chæ coù doøng noùng chaûy qua neân caùc bö ôùc thí nghieäm SV laøm tö ông tö ï nhö treân. Caùc keát quûa thí nghieäm coù theå laäp vaøo baûng 2: Baûng 2: Keát quûa thí nghieäm Nhieät ñoä doøng Nhieät ñoä doøng Lö u lö ôïng doøng Lö u lö ôïng doøng noùng laïnh laïnh, l/ph noùng, l/ph Vaøo, 0C Ra, 0C Vaøo, 0C Ra, 0C OÁng A QN1 = 4 QN2 = 8 QN3 = 12 QL = 8 QN1 = 4 (OÁng B) QN2 = 8 QN3 = 12 QL = 8 QN1 = 4 (OÁng C) QN2 = 8 QN3 = 12 V. TRÌNH TÖÏ TÍNH TOAÙN b1 - Tính nhieät lö ôïng Q theo coâng thö ùc (1) b2 - Tính log theo (3) b3 - Tính heä soá truyeàn nhieät daøi thö ïc nghieäm theo (2) b4 - Tính heä soá truyeàn nhieät daøi theo lyù thuyeát theo (4) baèng caùch tính heä soá caáp nhieät 1, 2 nhö sau: Xaùc ñònh cheá ñoä chaûy cuûa lö u chaát baèng chuaån soá Re ρωd Re td μ Trong ñoù: ,  - khoái lö ôïng rieâng vaø ñoä nhôùt ñoäng hoïc cuûa lö u chaát, kg/m3 vaø Pa.S dtd – kích thö ôùc hình hoïc chuû yeáu, m 4F d td π Vôùi: F – dieän tích maët caét, m2 - chu vi maët caét ö ôùt, m Ñoái vôùi oáng B: Cheá ñoä chaûy maøng 5 < Re <103 13
14. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò 0,25 Pr Nu 0,5Re 0,5Pr0,38 Prt Cheá ñoä chaûy chuyeån tieáp 103 10.000 0,25 Pr Nu 0,021Re0,8Pr0,43 Prt Trong ñoù: Pr, Prt – chuaån soá prandt ôû nhieät ñoä trung bình cuûa doøng lö u chaát vaø cuûa vaùch ngaên, ñaëc trö ng cho sö ï khaùc nhau cuûa heä soá caáp nhieät khi ñun noùng vaø laøm laïnh. Neáu khoâng bieát nhieät ñoä vaùch ngaên, ñeå ñôn giaûn trong tính toaùn ta xem nhieät ñoä trung bình cuûa doøng lö u chaát baèng nhieät ñoä cuûa vaùch ngaên nghóa laø tæ soá Pr/Prt = 1. C – heä soá phuï thuoäc vaøo Re. Coù theå choïn C theo baûng 3: l – heä soá phuï thuoäc tyû leä l/d khi Re < 10.000, l cho trong baûng 4 Gr – chuaån soá Grashop gd 3ρ 2βΔt Gr td μ 2 Vôùi:  - heä soá giaûn nôû theå tích t – hieäu nhieät ñoä giö õa thaønh oáng vaø doøng lö u chaát Baûng 3: Caùc giaù trò cuûa C theo Re Re.103 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 3 4 5 6 8 10 C 1,9 2,2 3,3 3,8 4,4 6 10,3 15,5 19,5 27 33 14
15. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò Baûng 4: caùc giaù trò cuûa l theo tyû soá l/d l/d 1 2 5 10 15 29 30 40 50 l 1,9 1,7 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02 1 Sau khi coù chuaån soá Nu ta tìm 1, 2 theo coâng thö ùc: αd Nu td λ vôùi:  - heä soá daãn nhieät cuûa lö u chaát * * b5 - Laäp baûng keát quûa tính Kl vaø Kl theo cheá ñoä chaûy tö ø ñoù suy ra sai soá giö õa Kl vaø Kl. * b6 - Dö ïng ñoà thò Kl , Kl theo Re VI. BAØN LUAÄN Sau khi tính toaùn vaø dö ïng caùc ñoà thò, sinh vieân tö ï ñö a ra nhö õng nhaän xeùt, ñaùnh giaù vaø baøn luaän veà keát quaû thí nghieäm theo caùc noäi dung sau: Toån thaát nhieät coù ñaùng keå khoâng. Taïi sao. Nguyeân nhaân gaây ra sai soá trong luùc laøm thí nghieäm, aûnh hö ôûng cuûa sai soá ñeán keát quûa tính toaùn. Bieän phaùp khaéc phuïc. * Giaûi thích sö ï khaùc nhau giö õa Kl vaø Kl. Ñö a ra moät vaøi ö ùng duïng moâ hình thí nghieäm trong thö ïc teá. 7. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO: 1. Hö ôùng Daãn Thí Nghieäm Quaù Trình vaø Thieát Bò– Trö ôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Thaønh Phoá Hoà Chí Minh. 2. Soå Tay Taäp II Quaù Trình Vaø Thieát Bò Coâng Ngheä Hoùa Chaát – NXB Khoa Hoïc vaø Kyõ Thuaät. 15
16. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò BAØI 3. THAÙP ÑEÄM I. MUÏC ÑÍCH THÍ NGHIEÄM: - Khaûo saùt ñaëc tính ñoäng lö ïc hoïc lö u chaát vaø khaû naêng hoaït ñoäng cuûa thaùp ñeäm baèng caùch xaùc ñònh: - AÛnh hö ôûng cuûa vaän toác khí vaø loûng leân ñoä giaûm aùp suaát cuûa doøng khí qua coät. - Sö ï bieán ñoåi cuûa heä soá ma saùt fck trong coät theo chuaån soá Reynolds Rec cuûa doøng khí vaø suy ra caùc heä thö ùc thö ïc nghieäm. - Sö ï bieán ñoåi cuûa thö øa soá lieân heä giö õa ñoä giaûm aùp cuûa doøng khí khi coät khoâ vaø khi coät ö ôùt vôùi vaän toác doøng loûng. II. LYÙ THUYEÁT THÍ NGHIEÄM: 1. Caáu taïo: Thaùp ñeäm laø moät thaùp hình truï goàm nhieàu ñoaïn noái vôùi nhau baèng maët bích hay haøn. Vaät ñeäm ñö ôïc ñoå ñaày trong thaùp theo moät trong hai phö ông phaùp: xeáp ngaãu nhieân hay xeáp thö ù tö ï. Vaät ñeäm sö û duïng goàm nhieàu loaïi khaùc nhau, phoå bieán nhaát laø moät trong soá caùc vaät loaïi sau: Voøng Raschig: hình truï roãng baèng sö ù, kim loaïi hoaëc nhö ïa. Vaät ñeäm hình yeân ngö ïa Vaät ñeäm voøng xoaén Yeâu caàu chung cuûa caùc loaïi vaät ñeäm laø phaûi coù dieän tích beà maët rieâng lôùn (m2/m3 taàng ñeäm), ngoaøi ra ñoä roãng (hay theå tích tö ï do, m3/m3 taàng ñeäm) lôùn ñeå giaûm trôû lö ïc pha khí. Vaät lieäu cheá taïo phaûi coù khoái lö ôïng rieâng nhoû vaø beàn hoùa hoïc 2. Söï chuyeån ñoäng cuûa löu chaát qua thaùp ñeäm: Khi chaát loûng chueån ñoäng tö ø treân xuoáng vaø pha khí chuyeån ñoäng tö ø dö ôùi coù theå xaûy ra 4 cheá ñoä thuûy lö ïc sau: cheá ñoä maøng, cheá ñoä treo, cheá ñoä nhuõ tö ông vaø cheá ñoä keùo theo. Trong ba cheá ñoä chaûy maøng, treo vaø nhuõ tö ông thì pha khí laø pha lieân tuïc chieám taát caû khoâng gian coøn laïi trong thaùp coøn chaát loûng chaûy theo beà maët ñeäm vaø laø pha phaân taùn. Ôû cheá ñoä keùo theo (hay cheá ñoä suûi boït thì pha loûng chieám toaøn boä theå tích tö ï do vaø nhö vaäy pha loûng laø pha lieân tuïc coøn pha khí laø pha phaân taùn. 16
17. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò A- Ñieåm haõm D B- Ñieåm treo C- Ñieåm ñaûo pha D- Ñieåm saëc OA- Cheá ñoä maøng C AB- Cheá ñoä treo BC-Cheá ñoä nhuõ tö ông CD- Cheá ñoä keùo theo A B 0 Wy Sö ï phuï thuoäc giö õa cöôøng ñoä chuyeån khoái vaø vaän toác khí Ñoä giaûm aùp khi coät khoâ: Ñoä giaûm aùp Pc cuûa doøng khí qua thaùp ñeäm phuï thuoäc vaøo vaän toác khoái lö ôïng G cuûa khí khi coät khoâ (khoâng coù doøng loûng chaûy ngö ôïc chieàu). Khi doøng khí chuyeån ñoäng trong caùc khoaûng troáng giö õa caùc vaät ñeäm taêng daàn vaän toác thì ñoä giaûm aùp cuõng taêng theo, sö ï gia taêng naøy theo luõy thö øa tö ø 1,8 ñeán 2 cuûa vaän toác doøng khí: n Pc ~ G (Vôùi n = 1,8  2) (1) Neáu chia hai veáphö ông trình (1) cho chieàu cao coät ñeäm Z vaø laáy logarit hai veá ta ñö ôïc: lg Pc/Z = nlgG – lgZ Ñaây laø phö ông trình ñö ôøng thaúng coù heä soá goùc n Ñoä giaûm aùp khi coät öôùt: Khi coù doøng loûng chaûy ngö ôïc chieàu, caùc khoaûng troáng bò thu nhoû laïi vaø doøng khí di chuyeån khoù khaên hôn vì moät phaàn theå tích tö ï do bò lö ôïng chaát loûng chieám cö ù. Trong giai ñoaïn ñaàu (dö ôùi ñieåm A), lö ôïng chaát loûng bò giö õ laïi trong thaùp laø khoâng ñoåi theo toác ñoä khí maëc daàu lö ôïng chaát loûng naøy taêng theo suaát lö ôïng pha loûng. Trong vuøng giö õa A vaø B, lö ôïng chaát loûng bò giö õ laïi trong thaùp taêng nhanh theo toác ñoä khí, caùc choå troáng trong thaùp nhoû daàn vaø ñoä giaûm aùp cuûa pha khí taêng nhanh. Vuøng naøy goïi laø vuøng gia troïng, ñieåm B goïi laø ñieåm gia troïng. Taïi B, neáu tieáp tuïc taêng toác ñoä pha khí (ö ùng vôùi moät suaát lö ôïng pha loûng khoâng ñoåi) thì seõ coù hieän tö ôïng pha khí suûi boït qua lôùp chaát loûng taïi beà maët lôùp vaät ñeäm vaø taïo ra sö ï ñaûo pha tö ø pha khí (lieân tuïc) – pha loûng (phaân taùn) thaønh pha khí (phaân taùn) – pha loûng (lieân tuïc) . Luùc ñoù hieän tö ôïng pha khí loâi cuoán chaát loûng taêng maïnh vaø thaùp ôû traïng thaùi ngaäp luït, ñoä giaûm aùp cuûa pha khí taêng raát nhanh. Ñieåm baét ñaàu vuøng ngaäp luït thö ôøng ñö ôïc xaùc ñònh baèng sö ï thay ñoåi heä soá goùc cuûa ñö ôøng bieåu dieãn. Trong thö ïc teá thaùp thö ôøng ñö ôïc vaän haønh trong vuøng gia troïng, gaàn ñieåm ngaäp luït. 17
18. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò log( Pc/Z) L3 L2 L1 B Hình 1: AÛnh hö ôûng cuûa G vaø L ñoái L = 0 vôùi ñoä giaûm aùp Pc cuûa pha khí A trong thaùp ñeäm ngaãu nhieân. logG III. THÖØA SOÁ MA SAÙT FCK THEO REC KHI COÄT KHOÂ: Shilton vaø Colburn ñö a ra moät heä thö ùc lieân heä giö õa ñoä giaûm aùp cuûa doøng khí qua coät cheâm khoâ vôùi vaän toác khoái lö ôïng cuûa doøng khí qua coät: G2 Z N Pck = 2fck p w , 2 (2) G Dp m Trong ñoù: Z: chieàu cao phaàn cheâm, m. G: vaän toác khoái lö ôïng doøng khí qua coät, Kg/m2.s. Dp: kích thö ôùc ñaëc trö ng cuûa vaät cheâm, m. p: heä soá ñieàu chænh duøng cho vaät cheâm roãng (nhö voøng sö ù, Raschig ) thay vì caùc vaät cheâm ñaëc. w: heä soá ñieàu chænh aûnh hö ôûng cuûa thaønh coät leân ñoä xoáp cuûa taàng cheâm. Sherwood toång hôïp keát quaû cuûa moät soá nghieân cö ùu vaø ñö a ra trò soá sau cho voøng sö ù 12,7mm: p = 0,35 w = 1,0 Tuy nhieân Zhavoronkov ñeà nghò moät heä thö ùc khaùc khaù ñuùng hôn vì ñaõ ñö a ñö ôïc trò soá ñoä xoáp cuûa taàng cheâm vaøo heä thö ùc: G2 Z Pck = 2fck (3) G De Trong ñoù: De : ñö ôøng kính tö ông ñö ông cuûa vaät cheâm, m De = 4/a : ñoä roãng hay ñoä xoáp (khoâng thö ù nguyeân). a: dieän tích beà maët rieâng cuûa vaät cheâm, m2/m3. Thö øa soá ma saùt fck laø haøm soá theo chuaån soá Re vôùi Re ñö ôïc ñònh nghóa: G De 4G Re = = (4) c   a  Trong ñoù:  - ñoä nhôùt cuûa doøng khí, Kg/m.s. 18
19. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò Zhavoronkov ñaõ xaùc ñònh ñö ôïc khi doøng khí chuyeån tö ø cheá ñoä chaûy taàng sang chaûy roái ö ùng vôùi trò soá Rec = 50. Trong vuøng chaûy roái 50 < Re < 7000 vôùi coät cheâm ngaãu nhieân thì 3,8 f ck Re0,2 Trong vuøng chaûy doøng Re < 50 thì heä soá ma saùt coù theå tính theo coâng thö ùc: 140 f ck Re Tuy nhieân caùc heä thö ùc toång quaùt treân khoâng ñö ôïc chính xaùc laém vì khoâng keå ñö ôïc toaøn boä aûnh hö ôûng cuûa hình daïng vaät cheâm. IV. ÑOÄ GIAÛM AÙP PCÖ KHI COÄT ÖÔÙT: Sö ï lieân heä giö õa ñoä giaûm aùp khoâ Pck vaø öôùt Pcö coù theå vieát nhö sau: Pcö =  Pck (6) Do ñoù coù theå dö ïkieán: fcö =  fck (7) Vôùi  tuøy thuoäc vaøo vaän toác khoái lö ôïng cuûa doøng loûng L (Kg/m2s). Leva ñeà nghò aûnh hö ôûng cuûa L leân  nhö sau:  = 10L (8) hay log = L (9) Vôùi  tuøy thuoäc loaïi, kích thö ôùc, caùch thö ùc ñaët vaät cheâm vaø mö ùc ñoä cuûa L. Thí duï vôùi vaät cheâm voøng Raschig 12,7mm, cheâm ngaãu nhieân, ñoä xoáp  = 0,586, L tö ø 0,39 ñeán 11,7 Kg/m2.s vaø trong vuøng dö ôùi ñieåm gia troïng:  = 0,84. V. ÑIEÅM LUÏT CUÛA COÄT CHEÂM: Khi coät cheâm luït, goïi trò soá G tö ông ö ùng vôùi ñieåm naøy laø G*, caùc doøng chaûy khoâng coøn ñeàu ñaën, aùp suaát dao ñoäng maïnh; hieän tö ôïng naøy baát lôïi cho sö ï hoaït ñoäng cuûa coät. Zhavoronkov keát luaän raèng ñieåm luït xaûy khi coù moät sö ï lieân heä nhaát ñònh giö õa hai nhoùm soá sau (rieâng cho moãi coät): 2 fck.a v G 0,2 1 = 3 () (10)  2g L L G 2 = (11) G L Trong ñoù fck: ñö ôïc tính tö ø heä thö ùc lieân laïc vôùi Rec. v: vaän toác daøi cuûa khí ngay trö ôùc khi vaøo coät cheâm. 1: ñoä nhôùt tö ông ñoái cuûa chaát loûng so vôùi nö ôùc 1 =  loûng/  nö ôùc = 1 neáu chaát loûng laø nö ôùc. 19
20. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò Do ñoù sö ï lieân heä giö õa 1 vaø 2 treân giaûn ñoà log - log seõ xaùc ñònh moät bieåu ñoà luït cuûa coät, phaân ñònh giôùi haïn hoaït ñoäng cuûa coät ôû dö ôùi ñö ôøng naøy. log 2 Hình 2: Bieåu ñoà luït cuûa coät cheâm log 1 VI. PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM: Trö ôùc khi thí nghieäm, môû hoaøn toaøn hai van VK1 vaø van VL2 , caùc van coøn laïi ñeàu ñoùng. Môû bôm loûng BL ñoàng thôøi môû van VL3 ñeå cho nö ôùc vaøo 2/3 oáng chæ mö ïc chaát loûng baèng caùch ñieàu chænh van VL4 . Baäc bôm khí BK , môû tö ø tö ø van VK2 vaø ñoùng tö ø tö øvan VK1 ñeå taêng lö ôïng khí vaøo thaùp nhaèm thoåi heát lö ôïng nö ôùc coøn ñoïng trong caùc khe cuûa vaät ñeäm. Sau khoaûng thôøi gian 5 phuùt, môû van VK1 vaø ñoùng van VK2 chuaån bò laøm thí nghieäm khi coät khoâ. Ño ñoä giaûm aùp khi coät khoâ: Môû daàn van VK2 ñeå taêng lö ôïng khí qua coät. Ñoïc 6 giaù trò Pck treân aùp keá chö õ U theo cm coät nö ôùc ö ùng vôùi 6 trò soá G ôû ñieàu kieän oån ñònh sau ñoù Ñoùng laïi van VK2 laïi. Ño ñoä giaûm aùp cuûa doøng khí khi coät ö ôùt: Baäc bôm loûng BL , ñieàu chænh van VL3 ñeå giö õ lö u lö ôïng loûng khoâng ñoåi qua lö u lö ôïng keá vaøo coät. Môû van thaùo VL4 vaø VL5 neáu caàn sao cho vaãn duy trì mö ïc nö ôùc trong oáng chæ mö ïc chaát loûng laø 2/3. Taêng daàn lö u lö ôïng khí G vaø ñoïc Pcö theo cm coät nö ôùc taïi aùp keá chö õ U tö ông tö ï nhö laøm thí nghieäm coät khoâ. Laëp laïi 5 giaù trò khaùc nhau cuûa L. Taét bôm BL trö ôùc roài taét bôm Bk sau ñeå traùnh nö ôùc traøn vaøo ñö ôøng oáng daãn khí. VII. PHUÙC TRÌNH: 1. Keát quûa: Ghi laïi caùc keát quaû ño vaø tính toaùn trình baøy theo caùc baûng sau: 2 2 G, kg/s.m Pck/Z , N/m /m fck Reck 20
21. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò 2 2 kg/s.m Pck/Z , N/m /m fcö Recö 2. Ñoà thò: 1. log( Pck/Z) theo logG vaø log( Pcö /Z) theo logG 2. logfck theo logRe 3. log theo L (taïi vaøi trò soá cuûa G dö ôùi ñieåm gia troïng) 3. Baøn luaän: Aûnh hö ôûng cuûa G leân ñoä giaûm aùp khi coät khoâ vaø khi coät ö ôùt Muïc ñích vaø caùch sö û duïng giaûn ñoà f theo Re Sö ï lieân heä giö õa caùc ñoái tö ôïng khaûo saùt coù theo nhö dö ï ñoaùn khoâng, neáu khoâng giaûi thích lyù do. Neâu vaøi ö ùng duïng cuûa moâ hình trong thö ïc teá. VIII. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1. Voõ Vaên Bang – Vuõ Baù Minh - Truyeàn Khoái Taäp 3 – Trö ôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh. 2. Taøi lieäu thí nghieäm qt & tb trö ôøng ñaïi hoïc kyõ. 3. Traàn xoa, Nguyeãn Troïng Khuoân, Hoà Leâ Vieân - Soå tay quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa chaát – nxb khoa hoïc vaø kyõ thuaät 21
22. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò SÔ ÑOÀ HEÄ THOÁNG THAÙP ÑEÄM 5 6 4 7 3 VL3 8 VL2 VL4 V8 VK1 VL5 2 9 1 1- Bôm loûng 2- Thuøng chöùa 3- Coät chöùa nöôùc 4- Löu lö ôïng keá loûng 5- Coät chöùa ñeäm 6- AÙp keá chöõ U 7- OÁng chæ möïc chaát loûng 8- Löu lö ôïng keá khí 9- Quaït thoåi khí 22
23. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò BAØI 4. SAÁY ÑOÁI LÖU I. MUÏC ÑÍCH THÍ NGHIEÄM : Khaûo saùt quaù trình saáy ñoái lö u vaät lieäu laø giaáy loïc trong thieát bò saáy baèng khoâng khí ñö ôïc nung noùng nhaèm : Xaùc ñònh ñö ôøng cong saáy W = f (T). dW Xaùc ñònh ñö ôøng cong toác ñoä saáy f(W). dT II. LYÙ THUYEÁT THÍ NGHIEÄM : 1.Khaùi nieäm, phaân loaïi & ñaëc ñieåm cuûa quaù trình saáy : Saáy laø quaù trình taùch aåm ra khoûi vaät lieäu baèng phö ông phaùp nhieät, keát quaû cuûa quaù trình saáy laø haøm lö ôïng chaát khoâ trong vaät lieäu taêng leân. Nguyeân taéc cuûa quaù trình saáy laø cung caáp naêng lö ôïng nhieät bieán ñoåi traïng thaùi pha cuûa loûng trong vaät lieäu thaønh hôi. Saáy laø moät quaù trình phö ùc taïp, ñieån hình veà quaù trình khoâng thuaän nghòch vaø khoâng oån ñònh. Trong ñoù haøm aåm cuûa vaät lieäu bieán ñoåi theo caû khoâng gian vaø thôøi gian maø baûn thaân quaù trình tö ïtieán daàn tôùi traïng thaùi caân baèng. Quaù trình saáy xaûy ra ñoàng thôøi 4 quaù trình: Truyeàn nhieät cho vaät lieäu, chuyeån pha tö ø loûng sang hôi, taùch aåm vaøo moâi trö ôøng xung quanh, daãn aåm trong loøng vaät lieäu. Aåm trong vaät lieäu toàn taïi ôû caùc traïng thaùi : lieân keát hoùa hoïc, lieân keát hoùa lyù vaø lieân keát cô lyù. Saáy chæ taùch ñö ôïc toaøn boä aåm lieân keát vaät lyù, moät phaàn aåm lieân keát hoùa lyù vaø khoâng taùch ñö ôïc aåm lieân keát hoùa hoïc. Phaàn aåm trong vaät lieäu taùch ñö ôïc khi saáy goïi laø aåm tö ï do, phaàn khoâng taùch ñö ôïc goïi laø aåm lieân keát. 2. Caùc giai ñoaïn saáy : Phaân tích ñö ôøng cong saáy vaø ñö ôøng cong toác ñoä saáy cho ta thaáy quaù trình A' A B C X =kg aåm /kg vaät lieäu khoâ D E x * o = th ôøi gian h 23
24. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò saáy noùi chung dieãn ra theo 3 giai ñoaïn : giai ñoaïn ñoát noùng, giai ñoaïn ñaúng toác vaø giai ñoaïn giaûm toác. Tuy nhieân ñoái vôùi ña soá vaät lieäu aåm thì quaù trình saáy ñoái lö u dieãn ra theo 2 giai ñoaïn chuû yeáu : giai ñoaïn ñaúng toác vaø giai ñoaïn giaûm toác.  Giai ñoaïn ñoát noùng vaät lieäu : Neáu ban ñaàu nhieät ñoä cuûa vaät lieäu thaáp hôn nhieät ñoä bay hôi ñoaïn nhieät cuûa khoâng khí thì trong giai ñoaïn ñoát noùng, nhieät ñoä cuûa vaät lieäu taêng leân. Trong giai ñoaïn naøy haøm aåm cuûa vaät lieäu thay ñoåi raát chaäm vaøthôøi gian dieãn tieán nhanh, keát thuùc giai ñoaïn naøy, nhieät ñoä cuûa vaät lieäu ñaït ñeán nhieät ñoä baàu ö ôùt cuûa khoâng khí. Neáu vaät lieäu coù ñoäï daøy nhoû vaø quaù trình saáy laø ñoái lö u thì thôøi gian naøy khoâng ñaùng keå.  Giai ñoaïn saáy ñaúng toác : Sau giai ñoaïn ñoát noùng, haøm aåm cuûa vaät lieäu giaûm tuyeán tính theo thôøi gian (ñoaïn thaúng treân ñö ôøng cong saáy hay ñoaïn naèm ngang treân ñö ôøng cong toác ñoä saáy). Neáu goïi sö ï giaûm haøm aåm cuûa vaät lieäu dW dW trong moät ñôn vò thôøi gian laø toác ñoä saáy thì trong giai ñoaïn naøy = d d const neân ñö ôïc goïi laø giai ñoaïn saáy ñaúng toác, giai ñoaïn saáy ñaúng toác keùo daøi cho ñeán thôøi ñieåm maø haøm aåm cuûa vaät lieäu ñaït giaù trò Wk naøo ñaáy thì keát thuùc, Wk ñöôïc goïi laø ñoä aåm tôùi haïn cuûa vaät lieäu. Thôøi gian saáy trong giai ñoaïn ñaúng toác : W W  1 kqu (h) (1) 1 N Trong ñoù : W1 : Ñoä aåm ban ñaàu cuûa vaät lieäu (%). Wkqu : Ñoä aåm tôùi haïn qui ö ôùc (%). N : Toác ñoä saáy trong giai ñoaïn ñaúng toác (%/h).  Giai ñoaïn saáy giaûm toác : Khi ñoä aåm cuûa vaät lieäu ñaït giaù trò tôùi haïn Wk thì toác ñoä saáy baét ñaàu giaûm daàn vaø ñö ôøng cong saáy chuyeån tö ø ñö ôøng thaúng sang ñö ôøng cong tieäm caän daàn ñeán ñoä aåm caân baèng cuûa vaät lieäu trong ñieàu kieän cuûa quaù trình saáy. Khi ñoä aåm cuûa vaät lieäu ñaït ñeán giaù trò caân baèng Wc thì haøm aåm cuûa vaät lieäu khoâng giaûm nö õa vaø toác ñoä saáy baèng 0. Quaù trình saáy keát thuùc. Toác ñoä saáy trong giai ñoaïn naøy thay ñoåi theo caùc qui luaät khaùc nhau tuøy thuoäc tính chaát vaø daïng vaät lieäu. Trong giai ñoaïn naøy Jm const, m, q bieán thieân vaø phuï thuoäc vaøo haøm aåm vaø nhieät ñoä beà maët vaät lieäu. Ñeå deã daøng cho vieäc tính toaùn, ngö ôøi ta thay caùc daïng ñö ôøng cong phö ùc taïp cuûa toác ñoä saáy baèng ñö ôøng thaúng vaø phaûi ñaûm baûo sao cho vieäc thay theá naøy coù sai soá beù nhaát, khi naøy giaù trò ñoä aåm tôùi haïn seõ dòch chuyeån veà ñieåm tôùi haïn qui ö ôùc Kqö vôùi ñoäaåm tôùi haïn qui ö ôùc Wkqö . Wkqö laø giao ñieåm giö õa ñö ôøng ñaúng toác N vaø ñö ôøng thaúng giaûm toác. a) Toác ñoä saáy trong giai ñoaïn giaûm toác : dW K(W W ) (2) d c Daáu (-) chæ toác ñoä saáy giaûm daàn. 24
25. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò K goïi laø heä soá saáy, phuï thuoäc vaøo cheá ñoä saáy (toác ñoä saáy ñaúng toác N) vaø tính chaát cuûa vaät lieäu (1/h). K laø heä soá goùc cuûa ñö ôøng thaûng giaûm toác vaø ñö ôïc tính : N K (3) Wkqö Wc b) Thôøi gian saáy trong giai ñoaïn giaûm toác : Wkqö Wc Wkqö Wc 1 Wkqö Wc (4)  2 .ln .ln (h) N W2 Wc K W2 Wc Trong ñoù W2 laø ñoä aåm sau cuøng cuûa vaät lieäu saáy (W2 < Wc). I. MOÂ HÌNH THÍ NGHIEÄM: 1. Thieát bò: Heä thoáng thieát bò saáy ñö ôïc trang bò calorife ñoát baèng ñieän trôû. Nhieät ñoä khoâng khí oån ñònh nhôø boä ñieàu chænh tö ï ñoäng. Lö ôïng aåm taùch ra tö ø vaät lieäu ñö ôïc ghi nhaän baèng heä thoáng caân ñaët phía treân. thay ñoåi lö ôïng khoâng khí baèng hai cö ûa thoâng gioù vaø moät cö ûa hoaøn lö u. 2. Duïng cuï vaø vaät lieäu: - Ñoàng hoà ñeå ño thôøi gian. - 3 taám giaáy loïc, moãi taám ñö ôïc gheùp tö ø 4 tôø giaáy loïc. Moãi taám coù kích thö ôùc 200 x300 x 0.001 (mm). 25
26. Khoaù Hoùa Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình vaø thieát bò II. TIEÁN HAØNH THÍ NGHIEÄM: - Ñem caân giaáy loïc ñeå xaùc ñònh G0, sau ñoù laøm aåm ñeàu. - Kieåm tra thieát bò saáy: ñoå nuôùc vaøo choã ño nhieät ñoä baàu ö ôùt. - Baät coâng taéc toång, baät coâng taéc quaït (chôø moät phuùt cho phoøng saáy khoâ), aán nuùt caøi ñaët nhieät ñoä saáy, baät coâng taéc ñieän trôû ñeå gia nhieät. - Khi nhieät ñoä phoøng saáy ñaït nhieät ñoä mong muoán, môû cö ûa phoøng saáy, ñaët nheï nhaøng caùc tôø giaáy loïc leân giaù ñôõ, ghi nhaän giaù trò caân. - Ghi nhaän caùc giaù trò: chæ soá caân, nhieät ñoä baàu khoâ, nhieät ñoä baàu ö ôùt trong phoøng saáy sau moãi thôøi gian 5 phuùt. - Tieán haønh thí nghieäm ôû caùc nhieät ñoä 400C, 500C, 600C, 700C. - Ñoái vôùi moãi thí nghieäm thì ñoä aåm ban ñaàu W1 phaûi baèng nhau. III. TÍNH TOAÙN: 1. Caùc thoâng soá ban ñaàu: . Khoái lö ôïng giaáy loïc khoâ tuyeät ñoái : G0 (g). Gi G0 . Ñoä aåm cuûa giaáy loïc : Wi .100 (%) G0 Gi laø khoái lö ôïng vaät lieäu theo thôøi gian (g). 2. Ñöôøng cong toác ñoä saáy: - Veõ ñoà thò ñö ôøng cong saáy W = f(t) - Dö ïng ñö ôøng cong toác ñoä saáy baèng caùch laáy vi phaân ñö ôøng cong saáy. Tö ø ñieåm I treân ñö ôøng cong saáy veõ tieáp tuyeán vôùi ñö ôøng cong taïi I, giaù trò heä soá goùc cuûa tieáp tuyeán laø giaù trò toác ñoä saáy. (Tieáp tuyeán caêt truïc tung taïi K, truïc hoaønh taïi H) IV. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO. 1. Hoaøng Vaên Chö ôùc. Kyõ thuaät saáy. Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø kyõ thuaät. Haø noäi 1999 2. Soå tay quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc. Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø kyõ thuaät. Haø noäi 1982 3. Nguyeãn Vaên Luïa. Kyõ thuaät saáy vaät lieäu. Trö ôøng ñaïi hoïc baùch khoa thaønh phoá Hoà Chí Minh. 4. Ñoã Troïng Ñaøi, Nguyeãn Troïng Khuoâng, Traàn Quang Thaûo, Voõ Thò Nhoïc Tö ôi, Traàn Xoa. Cô sôû quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc. Taäp 2. NXB ñaïi hoïc vaø trung hoïc chuyeân nghieäp. Haø Noäi 1974 26
27. Khoaù Hoùa 4 1 Thieát bò saáy 1 5 2 Calorifer 3 Quaït 4 Caân 27 5 Buoàng saáy 6 6 Baûng ñieàu khieån 2 Giaùo trình thöïc haønh Quaù trình va 7 Cö ûa huùt khí 8 Cö ûa xaû khí 7 8 3 ø thieát bò