CHƯƠNG 1 CƠ SỞ QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM

KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2
Phụ trách:Vũ Bá Minh

05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
1
Nội dung
Chương 1: Cơ sở quá trình truyền nhiệt
Chương 2: Đun nóng – Làm nguội – Ngưng tụ
Chương 3: Quá trình bốc hơi (Cô đặc)
Chương 4: Quá trình thiết bị làm lạnh
Chương 5: Cơ sở quá trình truyền khối (Mass Transfer Operations)
Chương 6: Hấp thu
Chương 7: Chưng cất
Chương 8: Trích ly
Chương 9: Kết tinh
Chương 10: Hấp phụ
Chương 11: Sấy
Chương 12: Quá trình phân riêng bằng màng
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
2
Chương 1: Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
1.1. Các phương thức truyền nhiệt
1.2. Tính toán quá trình truyền nhiệt qua vách ngăn
1.3. Các thiết bị trao đổi nhiệt phổ biến
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
3
1.1. Các phương thức truyền nhiệt

•
Quá trình chuyển nhiệt lượng từ lưu chất này sang lưu
chất khác gọi là quá trình truyền nhiệt. Quá trình truyền
nhiệt bao gồm dẫn nhiệt, cấp nhiệt và bức xạ.
•
Dựa theo nhiệt độ của lưu chất, quá trình truyền nhiệt
được chia ra làm quá trình truyền nhiệt đẳng nhiệt và truyền
nhiệt biến nhiệt.
•
Quá trình truyền nhiệt đẳng nhiệt xãy ra trong trường hợp
nhiệt độ của hai lưu chất đều không thay đổi theo vị trí và thời
gian;
•
Quá trình truyền nhiệt biến nhiệt xãy ra trong trường hợp
nhiệt độ của lưu chất thay đổi trong suốt quá trình làm việc,
do đó hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu chất cũng thay đổi theo.
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
4
Truyền nhiệt biến nhiệt còn chia ra thành:
-
Truyền nhiệt biến nhiệt ổn định là trường hợp hiệu
số nhiệt độ giữa hai lưu chất biến đổi theo vị trí
nhưng không biến đổi theo thời gian, quá trình
hoạt động liên tục, ổn định.
-
Truyền nhiệt biến nhiệt không ổn định là trường
hợp hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu chất có thể biến
đổi theo cả vị trí và thời gian, chỉ xãy ra trong quá
trình hoạt động gián đoạn, không ổn định.

05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
5
1.2. Tính toán quá trình truyền nhiệt qua vách ngăn
1.2.1. Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng nhiều lớp
•
Giả sử một tường phẳng một lớp có bề dầy b, diện tích bề
mặt tường là S, hệ số dẫn nhiệt là k, một bên tường là lưu
chất nóng có nhiệt độ T
1
và một bên tường là lưu chất nguội
hơn có nhiệt độ T
2
. Hệ số cấp nhiệt từ lưu chất nóng đến
tường là α
1
và từ tường đến lưu chất nguội là α
2
.
•
Quá trình truyền nhiệt từ lưu chất nóng đến lưu chất nguội
xãy ra theo ba giai đoạn nối tiếp nhau:
-
Nhiệt truyền từ lưu chất nóng đến mặt tường (cấp nhiệt);
-
Nhiệt truyền qua tường (dẫn nhiệt);
-
Nhiệt truyền từ mặt tường đến lưu chất nguội (cấp nhiệt).
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt

6
Ta chứng minh được phương trình
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
7
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
8
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
9
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
10
1.2. Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống nhiều
lớp
•
Xét một tường ống, bán kính trong r
1
, bán kính ngoài r
2
, chiều dài L,
bề dầy b, hệ số dẫn nhiệt k. Lưu chất nóng chuyển động bên trong ống có
nhiệt độ T
1
, lưu chất nguội đi bên ngoài ống có nhiệt độ T
2
. Hệ số cấp
nhiệt của lưu chất nóng là α
1

, của lưu chất nguội là α
2
.
•
Ba giai đoạn nối tiếp nhau:
-
từ lưu chất nóng đến mặt trong của tường ống (cấp nhiệt)
-
xuyên qua tường ống (dẫn nhiệt)
-
từ mặt ngoài của tường ống đến lưu chất nguội.
và lượng nhiệt truyền qua
mỗi giai đoạn đều bằng nhau.
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
11
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
12
Bảng 1.1. Hệ số đóng cáu cặn thông thường
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
13
Loại lưu chất Trở lực lớp cáu cặn,
m
2
.
0
C/W
Nước biển dưới 50

0
C
Nước biển trên 50
0
C
Nước đã xử lý cho nồi hơi
Dầu đốt
Hơi rượu các loại
Dầu làm lạnh
Dầu thực vật
Hơi nước sạch (không có dầu)
Hơi nước (có dầu)
Không khí
0,0009
0,0002
0,0002
0,001
0,0009
0,0007
0,0005
0
0,0002
0,0004
Bảng 1.2. Các giá trị gần đúng của hệ số truyền nhiệt để
ước tính
Quá trình truyền nhiệt K, W/m
2
.
0
C

Hơi nước đến các dung dịch
Hơi nước đến các khí
Nước đến không khí nén
Nước làm nguội nước
Nước làm nguội dầu
Nước đến hơi dầu ngưng tụ
Nước đến hơi rượu ngưng tụ
Nước – dung môi hữu cơ
Chất hữu cơ nhẹ - Chất hữu cơ nhẹ
Chất hữu cơ nặng - Chất hữu cơ nặng
Chất hữu cơ nhẹ nặng- Chất hữu cơ nhẹ
Thiết bị ngưng tụ hơi
570 – 3.400
28 – 280
60 – 170
850 – 1.700
100 – 350
200 – 560
255 – 680
280 – 850
220 – 420
55 – 220
55 – 330
1.000 – 6.000

05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
14
Hiệu số nhiệt độ trung bình - Chuyển động cùng
chiều

05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
15
Chọn chiều lưu chất
Có ba trường hợp sau:
a)Cả hai lưu chất đều không biến đổi nhiệt độ theo vị trí cũng
như theo thời gian tức là truyền nhiệt đẳng nhiệt. (quá trình cô
đặc).
b)Một lưu chất không biến đổi nhiệt độ trong suốt quá trình trao
đổi nhiệt, còn lưu chất kia thì biến đổi nhiệt độ theo vị trí từ T
đ

đến T
C
nhưng không biến đổi theo thời gian.
c)Cả hai lưu chất đều biến đổi nhiệt độ theo vị trí nhưng không
biến đổi theo thời gian.

Trong trường hợp thứ ba ảnh hưởng đến nhiệt độ cuối của lưu
chất. Nếu nhiệt độ cuối thay đổi thì hiệu số nhiệt độ trung bình
logarit ∆T
tb
và lượng chất tải nhiệt cũng thay đổi. Chú ý đến việc
chọn chiều lưu chất để cho quá trình truyền nhiệt hiệu quả nhất.
•

05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
16
1.3. Các thiết bị trao đổi nhiệt phổ biến

Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp

loại vỏ áo (vỏ bọc),

loại ống,

loại tấm,

loại xoắn

loại ống gân và

ống chùm (vỏ ống) (shell and tube)
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
17
1. Loại vỏ áo (jacketed vessel)
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
18
2. Loại ống - ống lồng ống
(Double pipe heat exchanger)
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
19
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
20
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt

21
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
22
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
23
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
24
05/29/14 Chương 1 - Cơ sở quá trình
truyền nhiệt
25