Hc02 08 2020 bai tap i

Phần 2 Các quá trình truyền nhiệt GV TS Nguyễn Minh Tân Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm Chữa bài tập I Truyền nhiệt Đung nóng – Làm nguội Ngưng tụ Bài số 1 Một thiết bị truyền nhiệt loại ống lồng ống,[.]

GV: TS Nguyễn Minh Tân

Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm

Một thiết bị truyền nhiệt loại ống lồng ống, dùng để làm lạnh một lưu thể với lưu lượng bằng G=3600kg/h Nhiệt dung riêng Cp=3900J/kg.độ Nhiệt độ đầu của lưu thể tđ=80 C, nhiệt độ cuối tc= 30C Hỏi lượng nhiệt Q cần trao đổi là bao nhiêu

Bài số 2

Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình tb của thiết bị truyền nhiệt khi bố trí lưu thể chuyển động cùng chiều và ngược chiều Biết rằng lưu thể 1: nhiệt độ

t1đ=300C, t1c=200C Lưu thể 2: t2đ=25C, t2c=275C(trong trường hợp ngược chiều); t2c=175C(trong trường hợp cùng chiều)

Q = m  Cp t

thể chuyển động cùng chiều và ngược chiều Biết rằng lưu thể 1: nhiệt độ

t1đ=300C, t1c=200C Lưu thể 2: t2đ=25C, t2c=275C(trong trường hợp ngược chiều); t2c=175C(trong trường hợp cùng chiều)

Một thiết bị truyền nhiệt có hiệu số nhiệt độ trung bình là 54C Hệ số 1=

250W/m2độ, 2= 100W/m2độ ống truyền nhiệt bằng thép có chiều dày =3mm

Hệ số dẫn nhiệt =50 W/m.độ Bề mặt truyền nhiệt là 25m2 Hỏi lượng nhiệt Q trao đổi là bao nhiêu?

tb

t KF

Bề mặt truyền nhiệt là bao nhiêu để làm lạnh dung dịch có nhiệt độ t1d= 80C

xuống đến t1c= 40C với năng suất G= 7200 kg/h Nhiệt dung riêng của dung dịch Cp= 4500J/kg.độ Môi chất làm lạnh có nhiệt độ đầu t2d= 20C và nhiệt độ cuối t2c= 50C Hệ số truyền nhiệt K=320W/m2độ Bố trí lưu thể chuyển động ngược chiều nhau

tb

t KF

Q   Q = m  Cp t

Bài số 5

Xác định bề mặt truyền nhiệt F của thiết bị ngưng tụ hơi benzen năng suất 3100 kg/h ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi r= (95,5 x 4190) J/kg Nhiệt độ của hơi benzen

là 80C Dùng nước để làm lạnh, nhiệt độ đầu của nước tnd= 16C và nhiệt độ cuối của nước tnc= 40C Hệ số truyền nhiệt K=550W/m2độ

Bề mặt truyền nhiệt F và lượng nước G2 cần dùng là bao nhiêu để làm lạnh dung dịch có nhiệt độ t1d= 90C xuống đến t1c= 45C với năng suất G1= 9000 kg/h Nhiệt dung riêng của dung dịch Cp= 3350J/kg.độ Môi chất làm lạnh có nhiệt độ đầu t2d= 25C và nhiệt độ cuối

t2c= 45C , nhiệt dung riêng của nước CPn=4190j/kgđộ Hệ số truyền nhiệt

K=290W/m2độ Bố trí lưu thể chuyển động ngược chiều nhau

tb

t KF

Bài số 8

Xác định nhiệt lượng trao đổi do bức xạ nhiệt giữa hai bức tường có bề mặt là 1

m2 Nhiệt độ của một tường là 257C và nhiệt độ của tường kia là 27C Một tường bằng thép =0,79, một tường bằng đồng =0,22 Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối C0 = 5,7W/m2 (K)4

Xác định nhiệt lượng trao đổi do bức xạ nhiệt giữa hai bức tường có bề mặt là 1

m2 Nhiệt độ của một tường là 127C và nhiệt độ của tường kia là 27C Một tường bằng thép =0,8, một tường bằng đồng =0,2 Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối C0 = 5,7W/m2 (K)4

 Một thiết bị truyền nhiệt có thành dày 1 mm, chiều dày lớp bảo ôn 2 mm Chất lỏng chảy bên trong thiết bị có nhiệt độ t1 Bên ngoài lớp bảo ôn có nhiệt

độ t5 (nhiệt độ môi trường) Tính nhiệt độ ở mặt tường trong t2, giữa tường và lớp bảo ôn t3 và mặt ngoài lớp bảo ôn t4

Cho 1 = 5 mm ; 2 = 50 mm ;

Hệ số dẫn nhiệt thép th = 40 kcal/mhđộ ; lớp bảo ôn b = 0,1 kcal/mhđộ;

Hệ số cấp nhiệt : phía nước 1 = 200 kcal/m2hđộ;

phía không khí 2 = bx+đl = 9 kcal/m2hđộ

q = 113,4 (kcal/m2 h)

Bài số 12

Để làm lạnh m kg Toluen trong bể chứa từ nhiệt độ 105  C xuống 25  C, người

ta dùng gia nhiệt ống xoắn có bề mặt truyền nhiệt F m2 Nước lạnh chảy trong ống xoắn có nhiệt độ đầu 13  C và nhiệt độ trung bình cuối 18,8  C Tính lượng nước lạnh chảy trong ống và thời gian làm lạnh Biết hệ số truyền nhiệt K = 220 kcal/m2hdộ, nhiệt dung của Toluen là 0,43 kcal/kgđộ, hiệu số nhiệt độ trung

bình của hai lưu thể ttb = 36,4  C; cho m = 1400 kg, F = 3,2 m2

Tính lượng nước lạnh cần thiết và bề mặt truyền nhiệt của thiết bị gia nhiệt loại ống chùm, để làm lạnh khí nitơ từ nhiệt độ t1đến t2 Nước làm lạnh có nhiệt độ

tđ, tc, khối lượng riêng của nitơ N = 1,25 kg/m3, của nước n = 1000 kg/m3,

nhiệt dung của nitơ C = 0,25 kcal/kgđộ, của nước 1 kcal/kgđộ Hệ số truyền

nhiệt K = 60 kcal/m2hđộ Năng suất tính theo khí nitơ m m3/h

Cho t1 = 76  C ; t2 = 31  C ; tđ = 16  C ; tc = 26  C ; m = 1240 m3/h

Bài số 16

Tường một lò đốt gồm 2 lớp: Lớp gạch chịu nhiệt dầy 500mm; lớp gạch thường dầy 250 mm Nhiệt độ bên trong lò: 13000C, bên ngoài lò 250C Hãy xác định:

a, Tổn thất nhiệt trên 1m2 bề mặt tường lò

b, Nhiệt độ trên lớp giới hạn giữa 2 lớp gạch Cho biết: Hệ số cấp nhiệt từ khói lò đến tường lò 1=34,8W/m2 0C; từ tường lò vào không khí xung quanh 2=16,2W/m2 0C; Hệ số dẫn nhiệt của lớp gạch chịu nhiệt 1=1,16W/m0C, của lớp gạch thường 2=0,58W/m0C

Khí amoniak ở nhiệt độ 95  C thổi qua thiết bị gia nhiệt với lưu lượng m kg/h

và ngưng tụ ở 30  C Tính lượng nướnc lạnh cần thiết để ngưng tụ amoniak có nhiệt độ 95  C, nếu hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể bé nhất là 5  C, nhiệt độ đầu của nước lạnh tđ Tính lượng nước cần thiết và nhiệt độ trung bình của hai lưu thể Biết hàm nhiệt của khí amoniak ở 95  C là 393 kcal/kg và ở 30  C là

350 kcal/kg, của amoniak lỏng ở 30  C là 77 kcal/kg Cho m = 200 kg/h, tđ = 15

 C

Bài số 18

Hãy xác định bề mặt truyền nhiệt của 1 thiết bị đun nóng gián tiếp bằng hơi nước bão hoà nhiệt độ t1=1350C = nhiệt độ của nước ngưng tụ Glyxêrin năng suất 1500kg/h được đun từ nhiệt độ

t2d= 180C đến t2c = 90 0C Cho biết hệ số truyền nhiệt của thiết bị K= 274,12 W/m2 0C Nhiệt dung riêng của Glyxêrin C2= 2,55 kj/kg 0C

Trong 1 thiết bị ngưng tụ gián tiếp kiểu ống chùm thẳng đứng để ngưng tụ hơi Benzen (C6H6) ở áp suất thường thành lỏng ở cùng nhiệt độ : 80,10C, năng suất 1000kg/h Hơi Benzen đi ngoài ống từ trên xuống Nước lạnh đi trong ống từ dưới lên có nhiệt độ t2d = 220C, t2c = 320C

Hãy xác định:

a, Hiệu số nhiệt độ trung bình TB của quá trình?

b, Lượng nước lạnh G2, biết ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi Benzen ở áp suất thường

r= 395,7 kj/kg, nhiệt dung riêng của nước lạnh C= 4,18 kj/kg 0C

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 12

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 ttb 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 13

(4) Xác định hệ số truyền

nhiệt

1  2 1

m

W t

t

q    T

Phía chất tải nhiệt I

2

,

2 1

m

W r

t

t

qt T T  











 





Nhiệt tải qua tường

 2 2  2

2

m

W t

t

q   T 

Phía chất tải nhiệt II

q q

q

q1  t  2 

Truyền nhiệt ổn định

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 14

(5) Xác định bề mặt

truyền nhiệt

2

, m

t K

Q

F

tb





W

W

m  tb

Xác định số ngăn

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 15

Xác định lượng chất tải nhiệt

2

T

Chi phí đầu tư Chi phí chất tải

nhiệt

 1 2 

22 21

T

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 16

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