thí nghiệm quá trình thiết bị Thời gian lưu

16 17 0
  • Loading ...
1/16 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 14/04/2018, 18:30

Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu TRÍCH YẾU : 1.1 Mục đích thí nghiệm: - Khảo sát thời gian lưu hệ thống bình khuấy trộn mắc nối tiếp mô hình dãy hộp - Xác đònh hàm phân bố thời gian lưu thực so sánh với hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết 1.2 Kết thí nghiệm: Độ hấp thu cực đại (cho bình): Đường kính bình khuấy: d = 14 (cm) Chiều cao mực nước bình khuấy: Lưu lượng nước chảy vào bình khuấy: Bảng 1: Kết thô t 10 11 12 Hệ bình 0,009 0,013 0,009 0,004 0,003 0,002 0,001 D Hệ bình 0,002 0,004 0,006 0,007 0,012 0,010 0,007 0,005 0,003 0,001 Do = 0,015 H = 12 (cm) v = 0,6 (lít/ phút) Hệ bình 0,002 0,005 0,008 0,006 0,007 0,008 0,009 0,007 0,005 0,004 0,002 0,001 LYÙ THUYẾT THÍ NGHIỆM : 2.1 Khái niệm bản: Trong hệ thống thiết bò, phần tử lưu chất khác theo đường khác Dựa hàm phân bố thời gian lưu xác đònh được, ta đánh giá tương quan dòng thiết bò, nhược điểm sinh thiết kế vùng tù, dòng chảy tắt tìm cách khắc phục nhờ đánh giá Nghiên cứu thời gian lưu phương pháp cần thiết để so sánh thiết bò dựa dòng vật liệu từ cải tiến, lập mô hình tối ưu Cũng dựa hàm phân bổ thời gian lưu ta vận hành tối ưu qua thiết lập thông số, phương pháp điều khiển tối ưu hóa trình thiếtThời gian lưu phần tử hệ thời gian phần tử lưu lại bình phản ứng, hay thiết bò cần khảo sát Thời gian lưu của thiết bò đại lượng xác suất Như tất thời gian lưu dao động xung quanh Trang Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu thời gian lưu trung bình, xác đònh thời gian lưu trung bình đặc biệt có ý nghóa n tV   tVi (1) n i 1 Trong tVi thời gian lưu phần tử i Với đònh nghóa hàm phân bố thời gian lưu F (tV) = E (tV), ta coù :  tV  f (tV )tV dtV E(tV ) (2)  A I Hay: tV  c (tV )tV dtV (3)  A I c (tV ).dtV Với hàm điểm ta coù: K c t i i t  i K1 (4) c i i 1 Với K khoảng chia Thời gian lưu trung bình thể tích: V   R t (5) VM Với VR : thể tích lưu chất bình, lít VM: lưu lượng dòng vào thiết bò, lít/giây Nếu chất thò không đạt tương quan lý tưởng phương trình không thỏa mãn (nếu   t chất thò bò hấp phụ vào thành bình chi tiết phụ) 2.2 Các phương pháp nghiên cứu thời gian lưu: Nghiên cứu thời gian lưu tiến hành theo phương pháp: 1) Xác đònh thành phần cấu tử thời điểm t (hoặc ) khỏi thiết bò, xác đònh hàm F(t) F() 2) Xác đònh thành phần cấu tử thời điểm t (hoặc ) lưu lại thiết bò, hàm I(t) I() 3) Xác đònh thành phần cấu tử thời điểm t (hoặc ) trình thóat khỏi thiết bò, hàm f(t) f() Để khảo sát khả hoạt động thiết phản ứng thực tế ta thường dùng phương pháp kích thích – đáp ứng (phương pháp đánh dấu) Các dạng kích thích đầu vào đáp ứng đầu trình bày hình Tín hiệu vào Tín hiệu Trang Thí nghiệm Quá trìnhThiết bò (Kích thích) Thời gian lưu Bình (Đáp Nồng độ chất thò ứng) Tín hiệu vào Ra Thời Nồng độ chất thò gian Tín hiệu vào tuần hoàn Ra Thời Nồng độ chất thò gian Tín hiệu bậc Ra Thời gian Nồng độ chất thò Tín hiệu xung Ra Thời gian Trang Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu Hình 1: Các dạng tín hiệu kích thích đáp ứng thường dùng Như phần tử đánh dấu phải có đặc điểm không ảnh hưởng khác biệt với phần tử tạo nên tương quan hệ Các loại chất thò môi trường lỏng dung dòch màu, chất phóng xạ, đồng vò phóng xạ ổn đònh, hạt rắn phát sáng Các chất thò thích hợp với tính chất phần tử hệ phải có khối lượng riêng, độ nhớt, hệ số khuếch tán thích hợp Khi có thò thích hợp, ta để vào hệ theo hai kiểu tín hiệu là: tín hiệu ngẫu nhiên (Stochas) tín hiệu xác đònh (Determinis) Loại tín hiệu xác đònh chia làm hai loại tín hiệu tuần hoàn tín hiệu không tuần hoàn Để khảo sát thiết bò, người ta sử dụng tín hiệu xác đònh không tuần hoàn Loại tín hiệu tạo nhờ: 1) Đánh dấu va chạm 2) Đánh dấu cho nhập vào liên tục lượng xác đònh 3) Đánh dấu cho nhập chiếm chỗ toàn hệ Vì tiện lợi sử dụng đồng dạng tín hiệu kích thích có dạng bậc dạng xung Trong thí ngiệm, ta sử dụng loại đánh dấu va chạm Loại đánh dấu thực điều kiện kỹ thuật hàm Dirac (hàm động lượng Dirac), hay gọi hàm Delta  0, t  (t)   , t 0  (t).dt 1  Loaïi đánh dấu thích hợp với chất màu 2.3 Hàm phân bố thời gian lưu mô hình dãy hộp: Đa số thiết bò thực lại thường có hàm phân bố mô hình dãy hộp Trong bình phản ứng coi lý tưởng với kiểu đánh dấu va chạm phải thỏa mãn: thể tích V R bình số theo thời gian, bình có khuấy trộn hoàn toàn thành phần hệ cách đồng vò trí thuộc thể tích VR Như vậy, bình có đột biến dòng vào Thời gian lưu trung bình thể tích: V  R (6) VM C Ira  t 1 exp   vaøo CI   Khi nối bình lý tưởng lại với nhau, ta mô hình dãy hộp: Hàm phân bố có dạng tổng quát: Trang Thí nghiệm Quá trìnhThiết bò  t    f (t) 1/    Thời gian lưu n  t exp   (7)   (n  1)! Khi n = 1, ta có mô hình khuấy trộn lý tưởng Conø n = , ta lại có mô hình đẩy lý tưởng Giả sử ban đầu chất thò dòng lưu chất vào bình, sau tác động tín hiệu xung vào cho lượng chất thò đònh vào dòng lưu chất khoảng thời gian ngắn Đường cong biểu diễn nồng độ theo thời gian thu gọn chất thò dòng ứng với tín hiệu kích thích dạng xung đầu vào gọi đường cong C Nồng độ ban đầu chất thò Co Với diện tích bên đường cong 1, ta có: t t t Thời gian thu gọn vô thứ nguyên:     (8) t  V Với t thời gian phần tử lưu chất qua thiết bò  xác đònh theo (4) vaø (5) t     C C d   d   C  C d   Cdt hay (9)    C0 t 0 0 2,0 Bình ống D 0 uL Phân tán nhỏ D = uL 1,5 1,0 Bình khuấy D = uL Phân tán trung bình D = 0,025 uL Phân tán lớn D = 0,02 uL 0,5 0,5 1,5 Trang Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu Hình 2: Đường cong C biểu diễn đáp ứng dòng cho tín hiệu xung đầu vào THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: 3.1 Dụng cụ: Ống ngiệm, kế, pipet, phẩm màu máy đo độ truyền suốt (hấp thụ) ánh sáng 3.2 Sơ đồ thiếtthí nghiệm: (Xem hình 3) PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM: Tiến hành theo trình tự sau: 1) Mở van cho nước lên thùng cao vò có nước ống chảy tràn 2) Mở khóa cho nước chảy qua lưu lượng kế vào hệ thống bình khuấy chỉnh lưu lượng dòng chảy 3) Hệ bình: hệ thống ổn đònh, cho phẩm màu vào bình Bấm kế (đồng thời với thời gian cho màu vào thiết bò), lấy gốc thời gian Dùng ống nghiệm lấy mẫu theo thời gian, sau đem mẫu so màu 4) Hệ hai, ba bình: làm giống hệ bình, cho phẩm màu vào bình lấy mẫu bình cuối (từ ống thông cuối cùng) KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM : Bảng 2: Hệ bình t (phút) D 0,009 0,013 0,009 0,004 0,003 0,002 0,001 0,000 Các giá trò Thực tế  E 0,000 0,600 0,578 0,867 1,155 0,600 1,732 0,267 2,310 0,200 2,887 0,133 3,465 0,067 4,042 0,000 Do = 0,015 t = 1,732 (phuùt) Trang Lý thuyết  E 0,000 1,000 0,325 0,723 0,650 0,522 0,974 0,377 1,299 0,273 1,624 0,197 1,949 0,142 2,274 0,103 v = 0,6.10-3 (m3/ph) V = 0,002 (m3)  = 3,079 (phút) Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu Bảng 3: Hệ bình t (phuùt) 10 D 0,002 0,004 0,006 0,007 0,012 0,010 0,007 0,005 0,003 0,001 0,000 Các giá trò Thực tế  E 0,000 0,267 0,233 0,533 0,465 0,800 0,698 0,933 0,931 1,600 1,163 1,333 1,396 0,933 1,629 0,667 1,861 0,400 2,094 0,133 2,327 0,000 Do = 0,0075 t = 4,298 (phuùt) Lý thuyết  E 0,000 0,000 0,162 0,469 0,325 0,679 0,487 0,736 0,650 0,709 0,812 0,640 0,974 0,555 1,137 0,468 1,299 0,387 1,462 0,314 1,624 0,252 -3 v = 0,6.10 (m3/ph) V = 0,004 (m3)  = 6,158 (phút) Thực teá  E 0,000 0,400 0,202 1,000 0,404 1,600 0,606 1,200 0,808 1,400 1,010 1,600 1,211 1,800 1,413 1,400 1,615 1,000 1,817 0,800 2,019 0,400 2,221 0,200 2,423 0,000 Do = 0,005 t = 4,953 (phút) Lý thuyết  E 0,000 0,000 0,108 0,114 0,217 0,331 0,325 0,538 0,433 0,691 0,541 0,780 0,650 0,811 0,758 0,798 0,866 0,753 0,974 0,689 1,083 0,615 1,191 0,538 1,299 0,462 -3 v = 0,6.10 (m3/ph) V = 0,006 (m3)  = 9,236 (phút) Bảng 4: Hệ bình t (phút) 10 11 12 D 0,002 0,005 0,008 0,006 0,007 0,008 0,009 0,007 0,005 0,004 0,002 0,001 0,000 Các giá trò Trang Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu Đồ thò E : HỆ BÌNH Lý thuyết Thực teá  0 1 Trang 3 4 Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu Đồ thò : HỆ BÌNH E Lý thuyết Thực tế  0 1 Trang 2 2 Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu Đồ thò : HỆ BÌNH E 0 0 Lý thuyết Thực tế  0 1 Trang 10 2 2 Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu BÀN LUẬN : Câu : So sánh hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết thực nghiệm  Hệ bình: (Xem đồ thò 1) Hàm phân bố thời gian lưu thực nghiệm có dạng không giống so với lý thuyết Nhìn chung giá trò E thực nghiệm lớn so với E lý thuyết Bên cạnh đó, giá trò thời gian thu gọn  thực nghiệm lớn so với lý thuyết Điều có nghóa thời gian lưu trung bình thực nghiệm nhỏ thời gian lưu trung bình lý thuyết  tín hiệu sớm so với dự đònh Do có dòng chảy tắt vùng tù thiết bò phản ứng Nhưng bình khuấy nhiều ống dẫn để lưu chất nên xảy tượng chảy tắt, xuất vùng tù  Hệ bình: (Xem đồ thò 2) Hàm phân bố thời gian lưu thực nghiệm có dạng gần giống so với lý thuyết, nghóa E tăng đến giá trò cực đại giảm, độ tăng không lý thuyết mà có chỗ lồi lõm Và nhìn chung giá trò E thực nghiệm lớn so với lý thuyết Ngoài ra, giá trò thời gian thu gọn  thực nghiệm lớn so với lý thuyết  có vùng tù thiết bò phản ứng  Hệ bình: (Xem đồ thò 3) Hàm phân bố thời gian lưu thực nghiệm có dạng không giống so với lý thuyết mà có dạng tuần hoàn (đường cong đạt cực trò điểm) Và giá trò E thực nghiệm lớn so với giá trò lý thuyết Câu : Các tượng trình thiết bò phát sinh ổn đònh  Do tạo nên vùng tù thiết bò Nguyên nhân vùng tù tốc độ cánh khuấy chậm nên có vùng không khuấy tới  Do tuần hoàn lưu chất Nguyên nhân tuần hoàn lưu chất phân bố không dung dòch Điều đặc điểm thân lưu chất tốc độ khuấy chậm Để khắc phục tượng trên, ta tăng cường tốc độ khuấy để khuấy khuấy toàn dung dòch Ngoài ta có tượng phát sinh ổn đònh khác như:  Sự thay đổi vận tốc phương chuyển động lưu chất hình dáng bề mặt thiết bò (bình phản ứng, cánh khuấy, đường ống ) tạo thành vùng không mong muốn vùng xoáy, vùng chết, vùng chảy qua , vùng tồn khoảng thời gian ngắn hay kéo dài làm ảnh hưởng đến kết đo  Vận tốc quay cánh khuấy không ổn đònh theo thời gian (do motor, trục khuấy )  Sự hấp thụ chất thò thiết bò (đặc biệt đường ống) làm nồng độ chất thò giảm theo thời gian Trang 11 Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu  Nhiệt độ môi trường trình thí nghiệm biến đổi làm thay đổi tương quan phần tử lưu chất có hệ (thay đổi độ nhớt, tỷ trọng, vận tốc ), thay đổi tính chất lưu chất chuyển động đường ống thiết bò Câu : Đánh giá sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên a) Sai số thiết bò:  Máy đo mật độ quang: nguyên nhân lớn dẫn đến sai số kết đo - Do cuvet chứa mẫu đo mẫu kiểm chứng không Các chất bẩn bám hấp thụ ánh sáng nên ảnh hưởng đến kết đo - Do máy đo nhạy nên cần chút vết bẩn cuvet ảnh hưởng lớn đến kết Tùy vào cách đặt cuvet máy đo mật độ quang mà ta thu kết khác nhau, có vết bẩn khác vò trí khác bề mặt cuvet - Do điện áp cung cấp cho máy không ổn đònh  Cánh khuấy: - Quay không bình, vận tốc không điện áp - Quay chậm làm cho độ không đồng tăng lên  Đường ống: Do trở lực ống van không giống nhau, nên việc điều chỉnh lưu lượng vào bình khó khăn Sự khó khăn tăng lên hệ nhiều bình Thực tế thí nghiệm cho thấy giữ nguyên thể tích lưu chất bình so với ban đầu suốt thời gian thí nghiệm (mặc dù hệ hoạt động ổn đònh trước cho chất thò) Trong suốt trình thí nghiệm ta phải điều chỉnh van cho thể tích lưu chất bình không đổi, nên ảnh hưởng đến tính ổn đònh hệ thống b) Sai số thao tác: - Do xác đònh thời gian lấy mẫu - Do lau chùi cuvet chưa kó, chưa làm khô cuvet trước lần đo (vì lưu chất cũ dính cuvet, cho lưu chất vào ảnh hưởng đến kết đo) Sai số điều kiện thí nghiệm, dụng cụ để làm khô cuvet, có nhiều cuvet khác để thay c) Sai số bất ổn đònh thiết bò trình: (đã bàn luận trên) d) Sai số thời điểm ban đầu dạng tín hiệu xung: Ta xác lập dạng thức hàm động lượng DIRAC khống chế thời gian cho chất thò (thực tế thí nghiệm cho chất thò pipet khoảng 5s), thời gian lớn gây nên khác biệt đường cong thực nghiệm lý thuyết (được xây dựng từ hàm động lượng DIRAC) Trang 12 Thí nghiệm Quá trìnhThiết bò Câu : Tại ta dùng công thức t  Thời gian lưu Dt D i i thay cho i công thức t  C t C i i ? i Theo đònh luật Lambert Beer: Độ hấp thu A (hay mật độ quang D) dung dòch tỷ lệ thuận với chiều dày l lớp dung dòch tỷ lệ thuận với nồng độ C dung dòch, nên: A = D = .l.C Trong đó:  - hệ số hấp thu phân tử, M-1cm-1 l – chiều dày lớp dung dòch, cm C – nồng độ dung dòch, M  Di ti thay cho công thức  Ta sử dụng công thức t   Di t C t C i i i Caâu : Phân loại thiết bò phản ứng đặc trưng loại thiết bò?  Phân loại theo phương pháp hoạt động: - Bình phản ứng hoạt động gián đoạn: đặc trưng biến đổi mức độ phản ứng tính chất hỗn hợp phản ứng theo thời gian - Bình phản ứng hoạt động liên tục: đặc trưng mức độ phản ứng thay đổi theo vò trí không đổi theo thời gian  Phân loại theo hình dạng bình phản ứng: - Bình khuấy trộn lý tưởng: đặc trưng tính chất hỗn hợp phản ứng đồng vò trí thiết bò - Thiết bò phản ứng dạng ống lý tưởng: đặc trưng phân tố lưu chất độc lập với nhau, phân tố có nồng độ, nhiệt độ khác Các tính chất thay đổi theo chiều dài thiết bò  Phân loại theo số pha hỗn hợp phản ứng: - Thiết bò phản ứng đồng thể: hỗn hợp phản ứng pha (lỏng khí) - Thiết bò phản ứng dò thể: hỗn hợp phản ứng diện tối thiểu hai pha Câu : Dòng chảy thực dòng chảy lý tưởng  Mô hình lý tưởng: - Bình khuấy lý tưởng: trình khuấy trộn hoàn toàn Trang 13 Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu - Thiết bò dạng ống lý tưởng: đồng vận tốc theo phương dòng chảy khuấy trộn theo trục  Nguyên nhân sai lệch dòng thực dòng lý tưởng: - Dòng chảy tắt lưu chất - Sự tuần hoàn lưu chất - Do tạo nên vùng tù thiết bò  Các dạng sai lệch dòng thực dòng lý tưởng: - Sớm - Trễ - Tuần hoàn - Song song  Các phương pháp ước tính sai số so với dạng lý tưởng: – Xác đònh phân phối thời gian lưu thực tế từ số liệu thí nghiệm đáp ứng tính độ chuyển hóa cách xem dòng chảy hoàn toàn không khuấy trộn Mô hình thích hợp cho thiết bò dạng ống với chế độ chảy dòng phản ứng bậc – Mô hình phân tán theo phương trục, xem thiết bò phản ứng dạng ống có khuếch tán theo phương trục, phân phối thời gian lưu thực tế thiết bò dùng để tính hệ số khuếch tán theo phương trục, sau dùng giá trò để tiên đoán độ chuyển hóa Mô hình thích hợp cho thiết bò phản ứng có chế độ chảy rối – Mô hình hệ nhiều bình khuấy lý tưởng mắc nối tiếp Số liệu thí nghiệm đáp ứng dùng để xác đònh số bình khuấy hệ, từ tính độ chuyển hóa PHỤ LỤC : 7.1 Các giá trò tính toán cho hệ bình: 7.1.1 Thực tế: Độ hấp thu cực đại: Do = 0,015  Di ti Thời gian lưu trung bình: t   Di t Thời gian thu gọn:   t D Độ đo phân bố thời gian lưu: E = Do 7.1.2 Lý thuyết: Lưu lượng nước chảy vào bình khuấy: v = 0,6 (lít/ phút) = 0,6.10-3 (m3/ phút) Thể tích bình khuấy: V = (/4) 0,142 0,12 = 0,002 (m3) V Thời gian thể tích:   = 3,079 v t Thời gian thu gọn:    Độ đo phân bố thời gian lưu: E = e  Trang 14 Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu 7.2 Các giá trò tính toán cho hệ bình: 7.2.1 Thực tế: Độ hấp thu cực đại: Do = 0,015/2 = 0,0075  Di ti Thời gian lưu trung bình: t   Di t Thời gian thu gọn:   t D Độ đo phân bố thời gian lưu: E = Do 7.2.2 Lý thuyết: Lưu lượng nước chảy vào bình khuấy: v = 0,6 (lít/ phút) = 0,6.10-3 (m / phút) Thể tích bình khuấy: V = (/4) 0,142 0,12 = 0,004 (m3) V Thời gian thể tích:   = 6,158 v t Thời gian thu gọn:    N(N)N   N e 2.(2)e 2. Độ đo phân bố thời gian lưu: E = (N  1)! 7.3 Các giá trò tính toán cho hệ bình: 7.3.1 Thực tế: Độ hấp thu cực đại: Do = 0,015/3 = 0,005  Di ti Thời gian lưu trung bình: t   Di t Thời gian thu gọn:   t D Độ đo phân bố thời gian lưu: E = Do 7.3.2 Lý thuyết: Lưu lượng nước chảy vào bình khuấy: v = 0,6 (lít/ phút) = 0,6.10-3 (m / phút) Thể tích bình khuấy: V = (/4) 0,142 0,12 = 0,006 (m3) V Thời gian thể tích:   = 9,236 v t Thời gian thu goïn:    N(N)N  N 3(3)2  3 e  e Độ đo phân bố thời gian lưu: E = (N  1)! TÀI LIỆU THAM KHẢO : [1] Vũ Bá Minh, “Quá trình Thiết bò Công Nghệ Hóa Học & Thực phẩm – Tập 4: Kỹ thuật phản ứng”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 380tr Trang 15 Thí nghiệm Quá trìnhThiếtThời gian lưu [2] Nguyễn Thò Thu Vân, “Phân tích đònh lượng”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 540tr Trang 16 .. .Thí nghiệm Quá trình – Thiết bò Thời gian lưu thời gian lưu trung bình, xác đònh thời gian lưu trung bình đặc biệt có ý nghóa n tV   tVi (1) n i 1 Trong tVi thời gian lưu phần tử... 2 Thí nghiệm Quá trình – Thiết bò Thời gian lưu Đồ thò : HỆ BÌNH E 0 0 Lý thuyết Thực tế  0 1 Trang 10 2 2 Thí nghiệm Quá trình – Thiết bò Thời gian lưu BÀN LUẬN : Câu : So sánh hàm phân bố thời. .. 0,000 Caùc giaù trò Trang Thí nghiệm Quá trình – Thiết bò Thời gian lưu Đồ thò E : HỆ BÌNH Lý thuyết Thực tế  0 1 Trang 3 4 Thí nghiệm Quá trình – Thiết bò Thời gian lưu Đồ thò : HỆ BÌNH E Lý
- Xem thêm -

Xem thêm: thí nghiệm quá trình thiết bị Thời gian lưu, thí nghiệm quá trình thiết bị Thời gian lưu

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay