Chương 2: Đun nóng - Lạm nguội - Ngưng tụ (P1) doc

GV: TS. Nguyễn Minh Tân
Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm
Chương 2
Đun nóng – Làm Nguội – Ngưng tụ
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP
Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt: xác định bề mặt truyền nhiệt (kích thước, cấu tạo)
và lượng nhiệt hoặc lượng chất tải nhiệt dựa vào năng suất yêu cầu và điều
kiện nhiệt độ hoặc ngược lại xác định năng suất và lượng chất tải nhiệt khi biết
kích thước của thiết bị
(1) Chọn cấu tạo thiết bị
- Kích thước ống truyền nhiệt
- Vận tốc chất tải nhiệt
(chảy xoáy, chất lỏng: w = 0,1m/s – 1m/s
Chất khí: w = 2 – 20m/s)
(2) Xác định t
tb
và nhiệt
độ trung bình
- Tra các thông số vật lý của chất tải nhiệt ở nhiệt
độ trung bình
(3) Xác định lượng nhiệt
và chất tải nhiệt
- Xây dựng phương trình cân bằng nhiệt
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 3
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP
(4) Xác định hệ số truyền
nhiệt
Cm
W
K

i
i




2
21
,
11
1



 
2
111
,
1
m
W
ttq
T


Phía chất tải nhiệt I
2
,
21
m

W
r
tt
q
TT
t











Nhiệt tải qua tường
 
2
2222
,
m
W
ttq
T


Phía chất tải nhiệt II
qqqq

t

21
Truyền nhiệt ổn định
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 4
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP
(5) Xác định bề mặt
truyền nhiệt
2
, m
tK
Q
F
tb


W
W
m
tb

Xác định số ngăn
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 5
CHỌN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Xác định lượng chất tải nhiệt
21
TTT 
Chi phí đầu tư Chi phí chất tải
nhiệt
 

2122211
,GGfTTTT 
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 6
CHỌN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Đặc điểm chất tải nhiệt đi trong ống
- Có thể tích nhỏ
- Có thể có cặn bẩn
- Có áp suất lớn
- Có thể có tính ăn mòn
- Nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp
Đặc điểm chất tải nhiệt đi ngoài ống
- Có thể tích lớn
- Hệ số cấp nhiệt nhỏ hơn
- Có tính ăn mòn yếu hơn
Chương 3
Cô đặc
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 8
3.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Cô đặc: quá trình làm tăng nồng độ của chất hoà tan không hoặc khó bay hơi trong
dung môi bay hơi
- Để tách một phần dung môi, trong cô đặc, phải thực hiện ở nhiệt độ sôi. Hơi do
dung dịch sôi bay hơi ra gọi là hơi thứ
- Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở chân không, ở áp suất cao hoặc áp suất khí
quyển.
- Cô đặc chân không hoặc áp suất khí quyển tiến hành trong thiết bị một nồi.
- ô đặc nhiều nồi, hơi thứ của nồi trước dùng làm hơi đốt cho nồi sau. áp suất làm
việc của nồi sau phải nhỏ hơn của nồi trước để tạo ra hiệu số nhiệt độ giữa hơi thứ
nồi trước và nhiệt độ sôi của nồi sau, nghĩa là thiết lập động lực của quá trình.
Nhiệt hòa tan:
- Quá trình thu nhiệt của dung môi để phá vỡ mạng lưới tinh thể của chất tan

- Quá trình hydrat hóa /Solvat hóa là quá trình tỏa nhiệt
- Nhiệt hòa tan là tổng hợp của hai loại nhiệt trên
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 9
3.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Nhiệt độ sôi của dung dịch:
- Phụ thuộc: tính chất dung môi, chất tan, nồng độ chất tan
- Nhiệt độ sôi dung dịch lớn hơn nheietj độ sôi của dung môi nguyên chất cùng một
áp suất
PP
N
n
s
 0
N
n
P
PP
s
s


s
tt '
Tổn thất nhiệt độ do
nồng độ
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 10
3.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Qui tắc babo:
- Độ giảm tương đối của áp suất hơi bão hòa của dung môi trên dung dịch ở nồng
độ đã cho là đại lượng không đổi, không phụ thuộc vào nhiệt độ sôi

const
P
P
const
P
PP
ss
s


Qui tắc babo ứng dụng cho dung dịch loãng,
với dung dịch đặc phải thêm hệ số hiệu chỉnh
Phương pháp Tysenco:
Xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ dựa vào phương trình Clapeyron- Clausius
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 11
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
Cô đặc một nồi chỉ dùng khi năng suất thấp và khi không dùng hơi thứ làm chất tải
nhiệt để đun nóng
Sơ đồ cô đặc một nồi
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
CÂN BẰNG VẬT LIỆU
Cân bằng vật chất của cô đặc biểu diễn theo phương trình:
Đối với chất tan trong dung dịch:
Năng suất thiết bị và lượng hơi thứ bay ra:
WGG
cđ

c
đđ

c
b
bG
G 
100100
đcđđ
bGbG

đ
c
đ
G
b
b
W








 1
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 13
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 14
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt :
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 15
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Lượng Qm tổn thất ra môi trường xung quanh thường tính bằng 0,03  0, 05 Q
Lượng nhiệt này dùng để tính bề dầy lớp cách nhiệt.
Nếu dung dịch trước khi cho vào thiết bị cô đặc được đun đến nhiệt độ sôi tđ = tc
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 16
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
BỀ MẶT ĐUN NÓNG
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 17
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
Nhiệt độ sôi của dung dịch và tổn thất nhiệt độ
- Trong thiết bị cô đặc suất hiện sự tổn thất nhiệt độ
- Tổng tổn thất này bằng:
+ tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung môi nhỏ hơn nhiệt độ sôi
của dung dịch ( ’),
+ do cột áp thuỷ lực ( ’’ ) trong nồi
+ do trở lực thuỷ lực( ’’’ )
Để xác định P’ ở áp suất bất kỳ, có thể tính theo phương trình I. A. Tysenco
’Kq - tổn thât nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở nồng độ nhất
định và áp suất khí quyển (số tay).
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 18
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
Nhiệt độ sôi của dung dịch và tổn thất nhiệt độ
Tổn thất nhiệt độ ’’ do cột áp thuỷ tĩnh trong ống truyền nhiệt: Tổn thất này là
do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung dịch ở
trên mặt thoáng. Thường tính áp suất ở khoảng giữa ống truyền nhiệt :
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 19
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI

Nhiệt độ sôi của dung dịch và tổn thất nhiệt độ
Tổn thất nhiệt độ ’’ do cột áp thuỷ tĩnh trong ống truyền nhiệt: Tổn thất này là
do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung dịch ở
trên mặt thoáng. Thường tính áp suất ở khoảng giữa ống truyền nhiệt :
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 20
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
Nhiệt độ sôi của dung
dịch và tổn thất nhiệt
độ