Báo cáo Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị - Thời gian lưu - Lương Duy Quốc Thịnh

Nội dung text: Báo cáo Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị - Thời gian lưu - Lương Duy Quốc Thịnh

1. TN Quá trình và Thiết bị Thời gian lưu MỤC LỤC I. TRÍCH YẾU 2 1. Mục đích thí nghiệm 2 2. Kết quả thí nghiệm 2 II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM 2 1. Các khái niệm cơ bản 2 2. Các phương pháp nghiên cứu thời gian lưu 4 3. Hàm phân bố thời gian lưu của mô hình dãy hộp 6 III. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 8 IV. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 8 V. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 8 VI. BÀN LUẬN 13 VII. PHỤ LỤC 15 1. Các giá trị tính toán cho hệ 1 bình 15 2. Các giá trị tính toán cho hệ 2 bình 16 3. Các giá trị tính toán cho hệ 3 bình 17 VIII. TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 1
2. TN Quá trình và Thiết bị Thời gian lưu quan về dòng trong thiết bị, các nhược điểm sinh ra khi thiết kế như vùng tù, dòng chảy tắt và tìm cách khắc phục nhờ đánh giá này. - Nghiên cứu thời gian lưu là phương pháp cần thiết để so sánh thiết bị dựa trên dòng vật liệu từ đó có thể cải tiến, lập mô hình tối ưu. - Cũng dựa trên hàm phân bổ thời gian lưu ta có thể vận hành tối ưu và qua đó thiết lập được các thông số, phương pháp điều khiển cũng như tối ưu hóa quá trình trong thiết bị. - Thời gian lưu của một phần tử trong hệ là thời gian phần tử đó lưu lại ở trong bình phản ứng, hay trong thiết bị bất kỳ cần khảo sát. Thời gian lưu của của một thiết bị là một đại lượng xác suất. Như vậy tất cả thời gian lưu đều dao động xung quanh thời gian lưu trung bình, do đó xác định thời gian lưu trung bình đặc biệt có ý nghĩa. 1 n tv tvi (1) n i 1 Trong đó tvi là thời gian lưu của phần tử bất kỳ i. - Với định nghĩa hàm phân bố thời gian lưu F tv E tv , ta có: t f t t dt E t v v v v v 0 c A t t dt I v v v 0 Hay tv c A t dt I v v 0 - Với các hàm điểm, ta có: K citi i 1 t K ci i 1 K là các khoảng chia bằng nhau - Thời gian lưu trong bình thể tích: V  R t VM Với: VR : thể tích lưu chất trong bình, lít. VM : lưu lượng của dòng vào thiết bị, lít/giây. 3
3. TN Quá trình và Thiết bị Thời gian lưu Tín hiệu bậc Ra Nồng độ chất chỉ thị Thời gian Tín hiệu xung Ra Thời gian Nồng độ chất chỉ thị Hình 1: Các dạng tín hiệu thường dùng - Như vậy các phần tử đánh dấu phải có đặc điểm là không được ảnh hưởng và khác biệt với các phần tử tạo nên tương quan trong hệ. - Các loại chất chỉ thị đối với môi trường lỏng có thể là dung dịch màu, các chất phóng xạ, các đồng vị phóng xạ ổn định, các hạt rắn phát sáng Các chất chỉ thị thích hợp với tính chất của các phần tử trong hệ phải có khối lượng riêng, độ nhớt, hệ số khuếch tán thích hợp. - Khi có các chỉ thị thích hợp, ta có thể để nó vào hệ theo hai kiểu tín hiệu là: tín hiệu ngẫu nhiên (Stochas) và tín hiệu xác định (Determinis). Loại tín hiệu xác định có thể chia làm hai loại là tín hiệu tuần hoàn và tín hiệu không tuần hoàn. - Để khảo sát các thiết bị, người ta sử dụng tín hiệu xác định không tuần hoàn. Loại tín hiệu này có thể tạo ra nhờ: 1) Đánh dấu bằng va chạm. 2) Đánh dấu bằng cho nhập vào liên tục một lượng xác định. 3) Đánh dấu bằng cho nhập chiếm chỗ toàn bộ trong hệ. 5
4. TN Quá trình và Thiết bị Thời gian lưu t t t - Thời gian thu gọn vô thứ nguyên:  t  V - Với t là thời gian phần tử lưu chất bất kỳ đi qua thiết bị. - t và  được xác định theo (1) C C d d 1 (2) 0 0 C0 1 Hay C C d C dt (3) 0 0 t 0 Hình 2: Đường cong C biểu diễn đáp ứng tại dòng ra cho tín hiệu xung tại đầu vào III. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM - Ống nghiệm 7
5. TN Quá trình và Thiết bị Thời gian lưu 14 0,000 0,000 3,743 0,000 4,547 0,0106 15 0,000 0,000 4,010 0,000 4,872 0,0077 Các số liệu cần cho tính toán D0 0,010 t 3,741 (phút) v 0,6 (m3/phút) V 0,00185 (m3)  3,0788 (phút) 1.00000 Lý thuyết .90000 Thực nghiệm .80000 .70000 .60000 .50000 .40000 .30000 .20000 .10000 .00000 -.10000 000 001 002 003 004 005 006 D Hình 3: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ f  cho trường hợp lý thuyết và thực nghiệm hệ 1 bình D0 9
6. TN Quá trình và Thiết bị Thời gian lưu 1.20000 Lý thuyết Thực nghiệm 1.00000 .80000 .60000 .40000 .20000 .00000 -.20000 .00000 .50000 1.00000 1.50000 2.00000 2.50000 3.00000 3.50000 4.00000 4.50000 D Hình 4: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ f  cho trường hợp lý thuyết và thực nghiệm hệ 2 bình D0 Bảng 4: Số liệu tính toán cho hệ 3 bình Thực tế Lý thuyết t (phút) D ti.Di  E  E 1 0,000 0,000 0,068 0,000 0,108 0,114 2 0,001 0,002 0,136 0,300 0,217 0,331 3 0,001 0,003 0,205 0,300 0,325 0,538 4 0,002 0,008 0,273 0,600 0,433 0,691 5 0,002 0,010 0,341 0,600 0,541 0,780 6 0,002 0,012 0,409 0,600 0,650 0,811 7 0,003 0,021 0,478 0,900 0,758 0,798 8 0,003 0,024 0,546 0,900 0,866 0,753 9 0,002 0,018 0,614 0,600 0,974 0,689 10 0,003 0,030 0,682 0,900 1,083 0,615 11
7. TN Quá trình và Thiết bị Thời gian lưu 1.40000 Lý thuyết Thực nghiệm 1.20000 1.00000 .80000 .60000 .40000 .20000 .00000 -.20000 .00000 .50000 1.00000 1.50000 2.00000 2.50000 3.00000 3.50000 4.00000 D Hình 5: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ f  cho trường hợp lý thuyết và thực nghiệm hệ 3 bình D0 VI. BÀN LUẬN Câu 1: So sánh giữa hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết và thực nghiệm - Hệ 1 bình: dựa vào đồ thị ta thấy hàm thời gian lưu lý thuyết và thực nghiệm không giống nhau. Đa phần các giá trị E lý thuyết đều lớn hơn so với E thực nghiệm. Nhìn vào các giá trị của đồ thị ta thấy thời gian lưu trong bình trên thực tế nhỏ hơn so với tính toán theo lý thuyết nên nhiều khả năng sẽ tạo ra các vùng tù, cánh khuấy không tác động tới được. - Hệ 2 bình: dựa vào đồ thị ta thấy hàm thời gian lưu lý thuyết và thực nghiệm tương đối giống nhau khi các giá trị cùng tăng đến một điểm nhất định rồi giảm xuống nhưng độ tăng lại không đều và tăng giảm không theo một quy luật nào cả. Các giá trị E thực nghiệm hầu hết đều lớn hơn E lý thuyết. Các giá trị  thu gọn đều nhanh hơn so với tính toán nên có khả năng sẽ xuất hiện các vùng tù trong hệ thống - Hệ 3 bình: dựa vào đồ thị ta thấy hàm thời gian lưu lý thuyết và thực nghiệm không giống nhau. Các giá trị E thực nghiệm tăng giảm tuần hoàn. 13
8. TN Quá trình và Thiết bị Thời gian lưu • Quay chậm làm cho độ không đồng đều tăng lên - Đường ống • Do trở lực của ống và van không giống nhau, nên việc điều chỉnh lưu lượng vào và ra bằng nhau ở mỗi bình rất khó khăn. Sự khó khăn này càng tăng lên đối với hệ nhiều bình. Thực tế thí nghiệm cho thấy không thể giữ nguyên thể tích lưu chất trong mỗi bình so với ban đầu trong suốt thời gian thí nghiệm (mặc dù hệ đã hoạt động khá ổn định trước khi cho chất chỉ thị). Trong suốt quá trình thí nghiệm ta phải luôn điều chỉnh các van sao cho thể tích lưu chất trong mỗi bình là không đổi, nên sẽ ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống. b. Sai số thao tác - Do xác định thời gian lấy mẫu - Do lau chùi cuvet chưa thật sạch, cuvet chưa hoàn toàn khô khi đưa vào máy. Do điều kiện thí nghiệm không có dụng cụ làm khô cuvet cũng như số lượng cuvet đủ để thay thế. c. Sai số do hoạt động của hệ thống - Do có sự suất hiện của vùng tù - Do cánh khuấy hoạt động không ổn định d. Sai số đối với thời điểm ban đầu và dạng của tín hiệu xung - Ta không thể xác lập được dạng thức đúng của hàm động lượng DIRAC do không thể khống chế thời gian cho chất chỉ thị bằng 0 (thực tế thí nghiệm cho chất chỉ thị bằng pipet mất khoảng 5s), thời gian này là khá lớn và do đó gây nên khác biệt giữa đường cong thực nghiệm và lý thuyết (được xây dựng từ hàm động lượng DIRAC). VII. PHỤ LỤC 1. Các giá trị tính toán cho hệ 1 bình - Thực tế • Độ hấp thụ cực đại D0 0,010 D t • Thời gian lưu trung bình t  i i  Di t • Thời gian thu gọn  t 15
9. TN Quá trình và Thiết bị Thời gian lưu 3. Các giá trị tính toán cho hệ 3 bình - Thực tế • Độ hấp thụ cực đại D0 0,010 D t • Thời gian lưu trung bình t  i i  Di t • Thời gian thu gọn  t D • Độ đo sự phân bố thời gian lưu E D0 - Lý thuyết • Lưu lượng nước chảy vào bình v 0,6 (l/phút) 0,610 3 (m3/phút) d 2 0,142 • Thể tích 1 bình khuấy V 3  H 3 0,12 0,00554 4 4 V 0,610 3 • Thời gian lưu lý thuyết  9,2363(phút) v 0,00554 t • Thời gian thu gọn   n 1 n n 27 2 • Độ đo sự phân bố thời gian lưu E e n e 3  n 1 ! 2 VIII. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Vũ Bá Minh, “Quá trình và Thiết bị trong Công Nghệ Hóa Học & Thực phẩm – Tập 4: Kỹ thuật phản ứng”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2004, 380tr. [2]. Nguyễn Thị Thu Vân, “Phân tích định lượng”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2004, 540tr. 17