Đang tải... (xem toàn văn)
BÁO CÁO BÀI 2: CÔ ĐẶC1.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quá trình cô đặc và thiết bị cô đặc, vận hành đúng các quy trình thiết bị, đo đạc chính xác các thông số của quá trình và thiết bị. Tính toán cân bằng vật chất cân bằng năng lượng để xác định các thông số cần thiết. Xác định năng suất và hiệu suất quá trình cô đặc. Đánh giá quá trình hoạt động cô đặc gián đoạn và liên tục.2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT:2.1Định nghĩa: 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.2.2Ứng dụng của quá trình cô đặc bay hơi:Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịchTách chất hòa tan ở dạng chất kết tinhTách dung môi ở dạng nguyên chất.2.3Các phương pháp cô đặc:2.3.1Cô đặc một nồi làm việc gián đoạn:
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM BÁO CÁO THỰC HÀNH: KỸ THUẬT THỰC PHẨM Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực MSSV Lớp Nhóm : Trần Ngọc Thắng : Bùi Quang Trường : 13024971 : ĐHTP9A : – Sáng T5 TP.Hồ Chí Minh, tháng năm 2015 SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971 GVHD: Trần Ngọc Thắng BÁO CÁO BÀI 2: CÔ ĐẶC MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: - Giúp sinh viên hiểu rõ trình cô đặc thiết bị cô đặc, vận hành quy trình thiết bị, đo đạc xác thông số trình thiết bị - Tính toán cân vật chất cân lượng để xác định thông số cần thiết - Xác định suất hiệu suất trình cô đặc - Đánh giá trình hoạt động cô đặc gián đoạn liên tục CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 2.1 Định nghĩa: - Cô đặc trình làm tăng nồng độ dung dịch cách tách phần dung môi nhiệt độ sôi, dung môi tách khỏi dung dịch bay lên gọi thứ 2.2 Ứng dụng trình cô đặc bay hơi: - Làm tăng nồng độ chất hòa tan dung dịch - Tách chất hòa tan dạng chất kết tinh - Tách dung môi dạng nguyên chất 2.3 Các phương pháp cô đặc: 2.3.1 Cô đặc nồi làm việc gián đoạn: - Dung dịch cho vào lần cho bốc hơi, mức dung dịch thiết bị giảm dần nồng độ đạt yêu cầu; - Dung dịch cho vào mức định, cho bốc đồng thời bổ sung dung dịch liên tục vào để giữ chất lỏng không đổi choi đến nồng độ đạt yêu cầu, sau tháo dung dịch làm sản phẩm thực mẻ 2.3.2 - Cô đặc nồi liên tục Dung dịch cho vào mức định, cho bốc đồng thời bổ sung dung dịch liên tục vào để giữ mức chất lỏng không đổi nồng độ đạt yêu cầu, sau tháo liên tục phần dung dịch làm sản phẩm, đồng thời bổ sung lượng dung dịch vào thiết bị 2.3.3 Cân vật chất lượng 2.3.3.1 Nồng độ - Nồng độ sử dụng quà trình xác định khối lượng chất tan so với khối lượng dung dịch Bài Cô Đặc Trang SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971 GVHD: Trần Ngọc Thắng - Thông thường biểu diễn dạng: C = g chất tan 100 g dung môi - Hoặc xác định từ tỷ lệ khối lượng chất tan với khối lượng dung dịch, biễu diễn dạng: [C]= g chất tan/ g dunng dịch Mối liên hệ hai nồng độ sau: [C ] = [C ]' = C C + 1OO 100 = − [C ] 100 + C 2.3.3.2 Quá trình cô đặc gián đoạn a) Cân vật chất -Theo cách thức chung, viết phương trình cân vật chất cho thành phần dung môi chất tan: lượng chất tan + lượng chất phản ứng = lượng chất + lượng chất tích tụ trường hợp đơn giản: -Vận hành trạng thái ổn định nên lượng tích tụ phản ứng hóa họcnên lượng phản ứng -Phương trình lại: lượng chất vào = lượng chất chất tan: (g) khối lượng chất tan vào = khối lượng chất tan M Trong đó: M E b E b E S S x[C b ] = M b x[C b ] : khối lượng chất ban đầu nồi đun E [C b ] : nồng độ ban đầu chất tan nồi đun M S b : khối lượng chất cuối nồi đun S [C b ] : nồng độ cuối chất tan nồi đun - Phương trình cho biết khối lượng cuối dung dịch lại nồi đun sau cô đặc Bài Cô Đặc Trang SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971 GVHD: Trần Ngọc Thắng - Đối với dung môi: (g) Khối lượng dung môi vào = Khối lượng dung môi ra+ Khối lượng dung môi bốc M E b E S S x[C 'b ] = M b x[C 'b ] + Mvap E [C 'b ] : nồng độ ban đầu dung môi nồi đun Trong đó: S [C 'b ] : nồng độ cuối dung môi nồi đun Mvap: khối lượng dung môi bay Phương trình cho phép tính toán khối lượng dung môi bay b) Cân lượng -Tổng quát: Năng lượng mang vào = lượng tiêu hao để thực trình + lượng thất thoát Để đơn giản tính toán, thường coi mát lượng - Đối với nồi đun (J): E1 = Mvap.∆Hvap Trong đó: ∆Hvap : lượng để bốc dung môi - Tính toán công suất nhiệt (Kw) W1 = E1 t Trong : t thời gian tổng trình cô đặc Phương trình cho phép xác định công suất gia nhiệt cần thiết để làm bay lượng dung môi biết - Thiết bị ngưng tụ: E2 = Qv1.ρ.CP.(TS – TE).Nh (KJ) Trong đó: Qv1 : lưu lượng nước vào thiết bị ngưng tụ ρ : khối lượng riêng nước CP :nhiệt dung riêng nước TS – TE :chênh lệch nhiệt độ nước vào BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Quá trình cô đặc gián đoạn Bảng số liệu thí nghiệm thu Bài Cô Đặc Trang SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971 GVHD: Trần Ngọc Thắng τ W1 QV1 Tl1 Tl3 Tl5 Dung Nồng độ (ph) (W) (lít/h) (oC) (oC) (oC) môi dung dịch (g) (g/l) 2000 225 29,8 29.8 29.8 Đặc điểm 1.6 Bắt đầu 14 2000 225 99.8 29.8 29.8 1.6 trình cô đặc Bắt đầu sôi 53 2000 225 100.2 29.8 37.9 2,184 1.93 Kết thúc trình cô đặc Bảng kết tính cân vật chất mđ (kg) 12 74 mc (kg) 10.56 Xd (%) 1.6 Xc (%) 1.93 m thứ (kg) 2.18 Kết tính cân lượng QK1 (J) 1680000 Q1 (J) QK2 (J) 3599878.7 4680000 Q2 (J) Qng HS1 HS2 Với Cp= 18.4,18.10-3 (kJ/kg.độ) ρ = 1kg / m BÀN LUẬN - Quá trình cô đặc tiến hành thiết bị cô đặc nồi nhiều nồi làm việc gián đoạn hay liên tục Khi cô đặc gián đoạn dung dịch cho vào thiết bị lần cô đặc đến nồng độ yêu cầu, cho vào liên tục giữ nguyên mức chất lỏng không đổi trình nồng độ dung dịch đạt yêu cầu lấy hết tiếp tục cho dung dịch vào để cô đặc tiếp - Khi cô đặc liên tục thiết bị cô đặc nhiều nồi dung dịch đưa vào liên tục đốt cho vào liên tục, sản phẩm láy liên tục Trong trình cô đặc tiến hành áp suất khác tùy theo yêu cầu kỹ thuật Bài Cô Đặc Trang SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971 GVHD: Trần Ngọc Thắng - Cô đặc áp suất thường thiết bị để hở, cô đặc áp suất chân không nhiệt độ sôi dung dịch giảm chi phí đốt giảm hiệu số nhiệt độ đốt dung dịch giảm diện tích bề mặt truyền nhiệt giảm, cô đăc chân không cho phép cô đặc dung dịch có nhiệt độ cao áp suất thường sinh phản ứng phụ không mong muốn ( oxy hóa, đường hóa, nhựa hóa) - Cô đặc áp suất cao xảy nồi cô đặc đặt trước đối hệ thống cô đặc nhiều nồi - Quá trình tiến hành thí nghiệm có chênh lệch khối lượng chất tan cô đặc lý thuyết thực nghiệm - Qua thí nghiệm, ta nhận thấy lý thuyết thực nghiệm nhiều có khác biệt ảnh hưởng số yếu tố không mong muốn nên dẫn đến sai số, kể đến như: áp suất, nhiệt độ… PHỤ LỤC 5.1 Tính toán cân vật chất • Nồng độ đo quang ban đầu dung dịch CuSO4 = 29 (g/l) dCuSO4 = 1.82 C%= CM/10d = 29/10*1.82= 1.6% Vdd cho vào nồi đun: (lít) mđ =d*V= 7*1.82 =12.74 kg Có: Khối lượng chất tan vào = Khối lượng chất tan mđ*xđ=mc*xc mc =(mđ*xđ)/xc = (12.74*1.6)/1.93=10.56 kg Khối lượng dung dịch đầu = Khối lượng dung dịch lại + Khối lượng thứ Khối lượng thứ = Khối lượng dung dịch đầu – Khối lượng dung dịch lại = 12.74 – 10.56 = 2.18 (kg) 5.2 Tính toán cân lượng • Năng lượng nồi đun cung cấp cho trình đun nóng: QK1= W1*τ1 =2000*14*60 =1680000 (J) • Có: Bài Cô Đặc Trang SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971 GVHD: Trần Ngọc Thắng Nhiệt dung riêng nước: CH20= 4186 J/Kg oC Cđ = 29 g/l ρdd = 1820 kg/m3 [C] = Cđ/ρdd = 29/1820 =0.016 Nhiệt dung riêng dung dịch: Cp = CH2O(1-[C]) = 4186(1-0,016)= 4119.024 J/Kg.oC Nhiệt độ ban đầu dung dich Tđ: 30.2 oC Nhiệt độ sôi dung dịch Ts : 98.8 oC Năng lượng đung dịch nhận trình đun nóng: Q1= mđ*Cp*(Ts-Tđ) =12.74*4119.024*(98.8-30.2)=3599878.7 (J) • Hiệu suất giai đoạn đun sôi dung dịch: HS1 = = = 46.67% • Năng lượng nồi đun cung cấp cho trình hóa dung môi: QK2= W2*τ2 =2000*39*60= 4680000 (J) • Có: Hàm nhiệt nước thoát trình áp suất thường iw :2264 KJ/kg Năng lượng nước nhận để bốc hơi: Q2 =m thứ* iw = 2.18*2264*1000= 4935520 (J) • Có: Lưu lượng nước vào thiết bị ngưng tụ: V1= 225 l/h= m3/s Nhiêt độ nước tS= 37.9oC Nhiệt độ nước vào tđ =29.8oC Khối lượng riêng nước ρH2O =1000 kg/m3 Nhiệt dung riêng nước CH2O =4186 J/kg.OC Thời gian thực trình hóa τ2 = 39 phút Nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ trình cô đặc: Qng =VH2O*ρH2O*CH2O*(tS-tđ)*τ2 =(225*10-3/3600)*1000*4186*(37.9 – 29,8) *(39*60)= 4958840,25(J) Bài Cô Đặc Trang SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971 GVHD: Trần Ngọc Thắng • Hiệu suất giai đoạn hóa dung môi: HS2 = Bài Cô Đặc = = 94.82% Trang ... cô đặc tiếp - Khi cô đặc liên tục thiết bị cô đặc nhiều nồi dung dịch đưa vào liên tục đốt cho vào liên tục, sản phẩm láy liên tục Trong trình cô đặc tiến hành áp suất khác tùy theo yêu cầu kỹ. .. 1kg / m BÀN LUẬN - Quá trình cô đặc tiến hành thiết bị cô đặc nồi nhiều nồi làm việc gián đoạn hay liên tục Khi cô đặc gián đoạn dung dịch cho vào thiết bị lần cô đặc đến nồng độ yêu cầu, cho... Trường MSSV: 13024971 GVHD: Trần Ngọc Thắng BÁO CÁO BÀI 2: CÔ ĐẶC MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: - Giúp sinh viên hiểu rõ trình cô đặc thiết bị cô đặc, vận hành quy trình thiết bị, đo đạc xác thông số