báo cáo thực hành bài thiết bị truyền nhiệt vỏ ống

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>BỘ CÔNG THƯƠNG </b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC – THỰC PHẨM </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>I.TÓM TẮT </b>

Bài báo cáo này giúp sinh viên biết cách vận hành thiết bị truyền nhiệt và hiểu được nguyên lý đóng mở van để điều chỉnh lưu lượng, và hướng dòng chảy. Sinh viên cũng biết được cách xử lý các tình huống khi gặp những sự cố liên quan đến trong quá trình vận hành thiết bị. Đồng thời, sinh viên biết cách khảo sát quá trình truyền nhiệt rong quá như là khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa 2 dịng qua bề mặt ngăn cách( ống lồng ống, ống chùm và ống xoắn….). Sinh viên cũng biết được cách suất toàn phần dựa vào cân bằng nhiệt lượng, khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động trong quá trình truyền nhiệt xi chiều và ngược chiều. Từ đó sinh viên cũng biết cách xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm cũng như hệ số truyền nhiệt lí thuyết.

<b>II.GIỚI THIỆU </b>

Trong cơng nghiệp đặc biệt là lĩnh vực cơng nghệ hóa học, thực phẩm và mơi trường sự biến đổi vặt chất luôn luôn kèm theo sự tỏa nhiệt hay thu nhiệt do đó cần phải có nguồn thu năng lượng nhiệt ( thiết bị làm laajnh hay ngưng tụ) hay nguồn tỏa nhiệt ( thiết bị gia nhiệt, đun sôi )

Quá trình truyền nhiệt được phân biệt thành quá trình truyền nhiệt ổn định và q trình truyền nhiệt khơng ổn định. Quá trình truyền nhiệt ổn định là quá trình mà ở đó nhiệt độ chỉ thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian. Q trình truyền nhiệt khơng ổn định là q trình mà ở đó nhiệt độ thay đổi theo cả khơng gian và thời gian. Q trình truyền nhiệt không ổn định thường xảy ra trong các thiết bị làm việc gián đoạn hoặc trong giai đoạn đầu và cuối của q trình liên tục. Cịn q trình truyền nhiệt ổn định thường xảy ra trong thiết bị làm việc liên tục.

Trong thực tế các thiết bị truyền nhiệt thường làm việc ở chế độ liên tục, việc nghiên cứu q trình truyền nhiệt khơng ổn định nhằm mục đích chính là điều khiển các q trình khơng ổn định để đưa về trạng thái ổn định, ngoài ra lý thuyết về truyền nhiệt khơng ổn định khá phức tạp. Do đó, trong chương trình này chúng ta chỉ xét đến quá trình truyền nhiệt ổn định.

Quá trình truyền nhiệt là quá trình một chiều, nghĩa là nhiệt lượng chỉ được truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp và truyền từ vật này sang vật khác hay từ không gian này sang không gian khác thường theo một phương thức cụ thể nào đó hoặc là tổ hợp các nhiều phương thức ( truyền nhiệt phức tạp ). Các phương thức truyền nhiệt về cơ bản gồm dẫn nhiệt, nhiệt đối lưu, bức xạ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Trong bài thực hành này chúng ta tiếp cận thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống, quá trình truyền nhiệt được xem là truyền nhiệt biến nhiệt ổn định.

<b>III.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM </b>

Sinh viên biết vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van để điều chỉnh lưu lượng, và hướng dòng chảy, biết những sự cố có thể xảy ra và cách xử lý tình huống. Khảo sát q trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa 2 dòng qua một bề mặt ngăn cach là ống lồng ống,ống chum và ống xoắn…

Tính tốn hiệu suất tồn phần dựa vào cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng khác nhau.

Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong 2 trường hợp xuôi chiều và ngược chiều.

Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K<small>TN</small> của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính tốn theo lý thuyết K<small>LT</small>.

<b>IV.CƠ SỞ LÝ THUYẾT </b>

Quá trình trao đổi nhiệt giuexa 2 dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách rất thường gặp trong các lĩnh vực cơng nghiệp hóa chất, thực phẩm, hóa dầu,…Trong đó nhiệt lượng do dịng nóng tỏa ra sẽ được dịng lạnh thu vào. Mục đích của q trình nhằm thực hiện một giai đoạn nào đó trong quy trình cơng nghệ,đó có thể là đun nóng, làm nguội, ngưng tụ hay bốc hơi,…Tùy thuộc vào bản chất qua trình mà ta sẽ bố trí sự phân bố của các dòng sao cho giảm tổn thất, tang hiệu suất của quá trình.

Hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tùy thuộc vào cách ta bố trí thiết bị, điều kiện hoạt động,…Trong đó, chiều chuyển động của các dịng có ý nghĩa rất quan

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

Nhiệt lượng tổn thất ( phần nhiệt lượng mà dịng nóng tỏa ra nhưng dịng lạnh khơng thu vào được có thể do trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh ):

Từ (4.5) ta thấy nhiệt lượng trao đổi sẽ phụ thuộc vào kích thước thiết bị F, cách bố trí các dòng Δt<small>log . </small>Do thiếtbị là phần cứng ta rất khó thay đổi nên có thể xem nhiệt lượng trao đổi trong trường hợp này phụ thuộc vào cách bố trí dịng chảy.

Chảy hổn hợp: lưu thể 1 chảy theo hướng nào đó cịn lưu thể 2 thì có đoạn chảy cùng chiều có đoạn chảy ngược chiều có đoạn chảy chéo vịng

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Tùy vào cách bố trí mà ta có phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit Δt<small>log </small>

khác nhau

(4.6)

<b>Trường hợp chảy ngược chiều </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Xét trường hợp hai lưu thể chảy ngược chiều dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt, nhiệt độ của lưu thể nóng giảm, nhiệt độ của lưu thể nguội tang và được biểu diễn như diễn đồ sau: Δt<small>1</small> = T<small>Nv</small> - T<small>Lr</small>

Δt<small>2</small> = T<small>Nr </small>- T<small>Lv</small> Nếu Δt<small>1 </small>> Δt<small>2 </small> Δt<small>max </small>= Δt<small>1</small> , Δt<small>min </small>= Δt<small>2</small>

Nếu Δt<small>1 </small>< Δt<small>2 </small> Δt<small>max </small>= Δt<small>2</small> , Δt<small>min</small> = Δt<small>1 </small>

<b>Trường hợp hai lưu thể chảy xuôi chiều </b>

Xét trường hợp hai lưu thể chảy xuôi chiều dọc bề mặt trao đổi nhiệt, nhiệt độ của lưu thể nóng giảm, nhiệt độ của lưu thể nguội tăng và được biểu diễn như giản đồ sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Nếu trong quá trình truyền nhiệt khi tỷ số Δt<small>max</small> / Δt<small>min</small> < 2 thì hiệu số nhiệt độ trung bình Δt<small>log</small> có thể được tính như sau:

Δt<small>log</small> = Δt<small>max</small> + Δt<small>min</small> / 2 (4.9)

Hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt của dịng nóng và dịng lạnh lần lượt :

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>V.MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 5.1.1.Sơ đồ hệ thống </b>

<b>5.1.1.1. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm truyền nhiệt loại ống xoắn</b>

<b>5.1.2.Trang thiết bị hóa chất </b>

Bài thực hành được trang bị hệ thống tủ điện điều khiển hệ thống bơm, điện trở, cài đặt nhiệt độ và các đầu báo nhiệt độ , cách thức hoạt động như sau:

Kết nối nguồn điện cung cấp cho tủ điều khiển ( đèn báo sáng) Bật công tắc tổng ( đèn báo sáng)

Mở nắp thùng chứa nước nóng TN và TL ( nếu có) kiểm tra nước đến hơn 2/3 thùng. Trước khi cho nước vào thùng phải đóng van xả đáy.

Đóng thùng chứa nước nóng và lạnh 9( nếu có)

Cài đặt nhiệt độ trên bộ điều khiên ON/OFF cho thùng chứa nước nóng TN

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Trên mơ hình thiết bị ống chum và ống xoắn bố trí dịng chảu xi chiều và ngược chiều chỉ cần điều chỉnh dòng lạnh, cịn dịng nóng thì ln bố trí ổn định một chiều từ trên xuống

Trên mơ hình thiết bị ống lồng ống thì dịng nóng cố định một chiều từ dưới lên

<b>Ký hiệu kích thước ống chùm: </b>

d<small>lt</small>: đường kính trong của ống trong thiết bị thủy tinh TB1 (m) d<small>ln: </small>đường kính ngồi của ống trong thiết bị thủy tinh TB1(m) d<small>2t</small>: đường kính trong của ống trong thiết bị inox TB2 (m) d<small>2n</small>: đường kính ngồi của ống trong thiết bị inox TB2(m) D<small>1</small>: đường kính trong của thiết bị thủy tinh TB1(m) D<small>2</small>: đường kính trong của ống inox TB2(m)

L<small>1</small>: chiều dài của ống trong của thiết bị thủy tinh TB1 (m) L<small>2</small>: chiều dài của ống trong thiết bị inox (m)

n<small>1</small>: số ống trong thiết bị thủy tinh n<small>2</small>: số ống trong thiết bị inox

<b>Ký hiệu kích thước ống long ống: </b>

d<small>1</small>: đường kính trong của lồng ống d<small>2</small>: đường kính ngồi của lồng ống D<small>1</small>: đường kính trong của ống ngồi D<small>2</small>: đường kính ngồi của ống ngồi L: chiều dài ống truyền nhiệt

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>VI.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM </b>

<b>6.1.1.Thí nghiệm 1: Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị 6.1.1.1.Chuẩn bị </b>

Trước khi mở bơm phải đảm bảo hệ thống van phải phù hợp( nghĩa là phải có dịng chảy), tránh những trường hợp mở bơm mà khơng có dịng chảy( nghĩa là van đóng mở sai) thì sẽ gặp hiện tượng như sau:

Lưu lượng kế không thấy hoạt động Tiếng kêu động cơ lớn hơn bình thường Bung một số khớp nối mềm

Xì nước ở rỗn mặt bích Có khả năng hỏng bơm

->Gặp hiện tượng như vậy thì tắt bơm kiểm tra lại hệ thống van

Trước khi mở điện trở phải đảm bảo trong thùng có nước điều này rất quan trọng vì nếu bật điện trở mà khơng có nước trong thùng thì chỉ cần 1-3p điện trở sẽ hỏng

Trước khi mở bơm phải đảm bảo trong thùng chứa phải có nước

Phải xác định được vị trí đầu dị nhiệt độ, quan trọng đó là nhiệt độ nóng vào và nóng ra, lạnh vào, lạnh ra nếu việc đánh số trên các đầu dị khơng khớp mơ hình ở sơ đồ thì Nhiệt độ cài đặt ln cao nhất T9

Nhiệt độ nóng vào cao thứ nhì T1 T5

Nhiệt độ lạnh vào luôn thấp nhất T2, T4, T6, T8

Nhiệt độ nhiệt nóng ra T3, T7 lớn hơn lạnh ra T2, T4 ,T6, T8 nếu bố trí chảy xuôi chiều Khi mở bơm khởi động phải mở van hoàn lưu V<small>L1, </small>V<small>N1</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Khi vận hành chính thức dịng nóng chảy qua nhánh phụ không qua lưu lượng kế

<b>6.1.1.2.Các lưu ý </b>

Trước khi mở điện trở phải đảm bảo trong thùng có chứa ít nhất 2/3 thùng Trước khi mở bơm phải đảm bảo trong thùng chứa có nước

Trước khi mở bơm phải đảm bảo hệ thống van phù hợp Khi mkowr bơm khởi động phải mở van hoàn lưu

Khi điều chỉnh lưu lượng cần điều chỉnh dịng nóng trước và điều chỉnh xong cho dịng nóng đi qua nhánh phụ sau đó tắt bơm nóng, Tiếp theo điều chỉnh lưu lượng dòng lạnh, điều chỉnh xong mở bơm nóng

Nhiệt độ đầu vào mỗi thí nghiệm phải giống nhau

<b>6.1.1.3.Báo cáo </b>

Xác định nhiệt lượng do dịng nóng tỏa ra, lạnh thu vào và nhiệt lượng tổn thất Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ

Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt Xác định hệ số truyền nhiệt thực phẩm Xác định hệ só truyền nhiệt theo lý thuyết

Vẽ đồ thị hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K<small>TN</small> của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính tốn theo lý thuyết K<small>LT</small> trong trường hợp xi chiều

<b>6.2.1.Thí nghiệm 2: Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt

Xác định hệ số truyền nhiệt thực phẩm Xác định hệ só truyền nhiệt theo lý thuyết

Vẽ đồ thị hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính tốn theo lý thuyết KLT trong trường hợp ngược chiều và so sánh với thí nghiệm 1 Tương tự có thể khảo sát các thiết bị TB2 đối với mơ hình ống chùm và xoắn hoặc có thể tháo lắp các thiết bị khác đối với mơ hình thiết bị lồng ống

<b>6.3.1.Kết thúc bài thực hành </b>

Tắt bơm nóng và bơm lạnh

Tắt cơng tắc điện trở, điều chỉnh bộ điều khiển nhiệt độ về 20 độ C Tắt công tắc tổng

Tắt cầu dao nguồn

Chờ nước nguội dưới 50 độ C Xả nước trong các thùng Khóa van nước nguồn cấp Vệ sinh máy và khu vực máy

Ghi chép vào sổ nhật ký khi sử dụng máy

<b>6.3.1.2. Báo cáo </b>

Xác định nhiệt lượng do dịng nóng tỏa ra, lạnh thu vào và nhiệt lượng tổn thất Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ

Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt Xác định hệ số truyền nhiệt thực phẩm Xác định hệ só truyền nhiệt theo lý thuyết

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Vẽ đồ thị hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính tốn theo lý thuyết KLT trong trường hợp xi chiều

<b>VII.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM </b>

<b>7.1.1.Thí nghiệm 1: Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>7.2.1. Trường hợp xuôi chiều </b>

Tại lần khảo sát đầu tiên

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Q<small>L</small>=G<small>L</small>.C<small>L</small>. ΔT<small>L</small>=0,0995 . 4174 . 6,7 =2782,60 W Q<small>tt</small>=Q<small>N</small>-Q<small>L</small>=7374,32 – 2782,60= 4591,72 W

<b>7.2.1.2. Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ </b>

Hiệu số nhiệt độ của dịng nóng:

->Hiệu số và hiệu suất nhiệt độ của dòng nóng ln lớn hơn dịng lạnh

<b>7.2.1.3. Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt </b>

η= Q<small>L</small> / Q<small>N</small> . 100% = 2782,60 / 7374,32 . 100 = 37,73%

<b>7.2.1.4. Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm </b>

Xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit ΔT<small>log</small>

ΔT<small>max</small>= ΔT<small>1</small>= T<small>Nv</small> – T<small>Lv</small> = 78,2 – 29,7 = 48,5 ΔT<small>min</small>= ΔT<small>2</small>= T<small>Nr</small> – T<small>Lr</small> = 60,2 – 36,3 = 23,9

->ΔT<small>log</small> = ΔT<small>max</small> – ΔT<small>min </small>/ ln ( ΔT<small>max </small>/ ΔT<small>min</small>) = 48,5 – 23,9/ ln( 48,5 / 23,9)=34,76 Xác định diện tích trao đổi nhiệt F:

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<b>7.3. Trường hợp ngược chiều </b>

Tương tự như Trường hợp xuôi chiều

<b>7.4. Kết quả xử lý số liệu 7.4.1. Trường hợp xuôi chiều </b>

<b>7.4.1.1. Xác định nhiệt lượng do dịng nóng tỏa ra, lạnh thu vào và nhiệt lượng tổn </b>

</div>