Tiểu luận: Chưng cất hỗn hợp etanol-nước bằng tháp mâm chóp

Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động của tháp đệm bằng cách xác định: Ảnh hưởng của vận tốc khí và lỏng lên độ giảm áp suất của dòng khí qua cột.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tiểu luận: Chưng cất hỗn hợp etanol-nước bằng tháp mâm chóp BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM MÁY VÀ THIẾT BỊ  TIỂU LUẬN MÔN HỌC TRUYỀN KHỐI Đề tài: Chưng cất hỗn hợp etanol-nước bằng tháp mâm chóp GVHD: ThS. Cao Thanh Nhàn Nhóm: DHMT 4 Lớp HP: Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2010 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC  TIỂU LUẬN MÔN HỌC CƠ LƯU CHẤT Đề tài: Lực cản và ứng dụng GVHD: ThS. Cao Thanh Nhàn Nhóm: DHMT 4 Lớp HP: Danh sách sinh viên nhóm DHMT4: SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn BÀI SỐ 1:KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ CỘT CHÊM (THÁP ĐỆM) I. Mục đích thí nghiệm: Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động của tháp đệm bằng cách xác định: - Ảnh hưởng của vận tốc khí và lỏng lên độ giảm áp suất của dòng khí qua cột. - Sự biến đổi của hệ số ma sát fck trong cột theo chuẩn số Reynolds Rec của dòng khí và suy ra các hệ thức thực nghiệm. - Sự biến đổi của thừa số  liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí khi cột khô và khi cột ướt với vận tốc dòng chảy. II. Lý thuyết thí nghiệm: 2.1. Cấu tạo Tháp đệm là một tháp hình trụ gồm nhiều gia đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn. Vật đệm đổ đầy trong tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự. Vật đệm sử dụng phổ biến : Vòng Rasching Vật đệm hình yên ngựa Vật đệm vòng xoắn 2.2. Sự chuyển động của lưu chất qua tháp đệm Khi chất lỏng chuyển động từ trên xuống và pha khí chuyển động từ dưới có thể xảy ra 4 chế độ thủy lực: Chế độ màng Chế độ treo Chế độ nhũ tương Chế độ kéo theo 2.2.1. Độ giảm áp khi cột khô 1 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn ∆PC  Gn ( với n = 1.8 - 2) lg∆PC/Z = nlgG – lgZ Đây là phương trình đường thẳng có hệ số góc n 2.2.2. Độ giảm áp khi cột khô Trong giai đoạn đầu lượng chất lỏng bị giữ lại trong tháp là không đổi theo tốc độ khí. Giai đoạn kế tiếp lượng chất lỏng bị giữ lại trong tháp tăng nhanh theo tốc độ khí, các chỗ trống trong tháp nhỏ dần và độ giảm áp của pha khí tăng nhanh. 2.3. Thừa số ma sát Fck theo Rec khi cột khô Thừa số ma sát fck là hàm số theo chuẩn số Re với Re : Rec = G*De/  = 4G/a  Trong đó:  : độ nhớt của dòng khí, kg/m.s Zhavoronkow đã xác định được khí dòng khí chuyển từ chế độ chảy tầng sang chảy rối ứng với trị số Rec = 50. Trong vùng chảy rối 50 < Re < 7000 với cột chêm ngẫu nhiên thì: fck = 3.8/Re0.2 Trong vùng chảy dòng Re < 50 thì hệ số ma sát được tính: fck = 140/Re 2.4. Độ giảm áp ∆Pcư khi cột ướt Sự liên hệ: ∆Pcư =  ∆Pck fcư =  fck 2.5. Điểm lụt của cột chêm f ck .a.v 2 .. G 1  3  0.2  2 g . L L G 2  G L Trong đó: fck = được tính từ hệ thức liên hệ với Re.  = vận tốc dài của khí ngay trước khi vào cột chêm.  = độ nhớt tương đối của chất lỏng so với nước. Hệ thống hấp thu lỏng khí DIDACTA 2 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn Mô hình thí nghiệm Các bước tiến hành Mở van cho nước vào trong bình chứa (khóa van 11). Mở các van 14 và 6, khóa van 5. Mở bơm lỏng đến khi nước qua van 6 chảy ngược vào bình chứa thì ngừng bơm và khóa van 6. Khóa van 23, mở van 22, sau đó mở máy nén để thổi hết lượng nước còn đọng trong các khe của vật đệm. Sau khoảng 5 phút, chuẩn bị làm thí nghiệm khi cột khô. 3 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn Đo độ giảm áp khi cột khô - Khóa van 22 để thay đổi lượng khí qua cột. Ứng với 6 giá trị lưu lượng khí ghi lại 6 giá trị ∆Pck trên áp kế thủy ngân. Điều chỉnh lưu lượng từ mức cao xuống thấp để đảm bảo điều kiện làm việc của máy nén. - Sau khi tiến hành xong thí nghiệm cột khô tắt máy nén. Đo độ giảm áp của dòng khí khi cột ướt - Mở van 13 và 6. Bật bơm lỏng, điều chỉnh van 14 để giữ lưu lượng lỏng không đổi. - Mở van 22, mở máy nén để đưa không khí vào tháp. - Khóa dần van 22 thay đổi lưu lượng khí G tương ứng với các giá trị G khi đo cột khô và đọc ∆Pcư trên áp kế. - Lặp lại 5 giá trị khác nhau của L. Nếu xảy ra hiện tượng ngập lụt thì tắt máy nén. - Sau khi làm xong thí nghiệm ngừng máy tắt bơm, máy nén mở van 5 xả hết chất lỏng còn lại trong tháp ra ngoài. III. Báo cáo thí nghiệm: 1. Kết quả thí nghiệm Bảng 1: Kết quả thí nghiệm trên cột khô: STT G ∆Pck (N/m2) (kg/m2.s) 1 0,097 0,98.105 2 0,194 1,96.105 3 0,293 2,94.105 4 0,39 4,9.105 5 0,487 7,84.105 6 0,584 10,79.105 Bảng 2: Kết quả thí nghiệm trên cột ướt: ...