CHƯƠNG 1 CƠ SỞ QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM

KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2

Phụ trách:Vũ Bá Minh vbminh@hcmut.edu.vn

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 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

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

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.

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 T1 và một bên tường là lưu chất nguội hơn có nhiệt độ T2 Hệ số cấp nhiệt từ lưu chất nóng đến tường là α1 và từ tường đến lưu chất nguội là α2.

•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).

Ta chứng minh được phương trình

1.2 Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống nhiều

lớp •Xét một tường ống, bán kính trong r1, bán kính ngoài r2, chiều dài L,

bề dầy b, hệ số dẫn nhiệt k Lưu chất nóng chuyển động bên trong ống có nhiệt độ T1, lưu chất nguội đi bên ngoài ống có nhiệt độ T2 Hệ số cấp nhiệt của lưu chất nóng là α1, của lưu chất nguội là α2.

•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

Bảng 1.1 Hệ số đóng cáu cặn thông thường

Loại lưu chất Trở lực lớp cáu cặn,

m2.0C/W

Nước biển dưới 500C

Nước biển trên 500C

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/m2.0C

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

Hiệu số nhiệt độ trung bình - Chuyển động cùng

chiều

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 Tđ

đến TC 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 ∆Ttb 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.

•

1.3 Các thiết bị trao đổi nhiệt phổ biến

Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp

1 Loại vỏ áo (jacketed vessel)

2 Loại ống - ống lồng ống

(Double pipe heat exchanger)

Compact Heat Exchanger

Bài tập

1 Tường của một lò đốt gồm 2 lớp: lớp một gồm gạch chịu lửa dày 500mm, bên ngoài là lớp gạch xây dựng dày 250mm Nhiệt độ bên trong lò là 1.3000C, nhiệt độ không khí bên ngoài lớp gạch xây dựng là 250C Cho biết hệ số cấp nhiệt từ khói lò đến tường là α1 = 34,8 W/m2.0C; từ tường đến không khí bên ngoài là α2 = 16,2 W/m2.0C; hệ số dẫn nhiệt của gạch chịu lửa là k1 = 1,16 W/m.0C; của gạch xây dựng là k2 = 0,58 W/m.0C Tính:

a)Tổn thất nhiệt qua 1m2 tường lò? ~1.340W/m2

b)Nhiệt độ tại bề mặt giữa hai lớp gạch? 6840C (nhiệt độ chịu được của gạch xây dựng là 8000C)

2 Một tường lò gồm gạch chịu lửa (λ=1,005 W/m.0C) phía trong dày 200mm, bên ngoài là lớp gạch(λ=0,25W/m.0C) dày 120mm và ngoài cùng là tấm thép(λ=46 W/m.0C) dày 6mm Nhiệt độ tại bề mặt trong của lò là 1.1500C, nhiệt độ mặt ngoài tấm thép là 300C Giữa các lớp gạch và giữa lớp gạch và

3 Một thiết bị có đường kính 2m và chiều cao 5m được bảo ôn (cách nhiệt) bằng lớp vật liệu cách nhiệt có chiều dày 75mm, hệ số dẫn nhiệt

là 0,15 W/m.0C Nhiệt độ của thành thiết bị là 1460C, nhiệt độ mặt ngoài của lớp cách nhiệt là 400C Xác định lượng nhiệt tổn thất trong trường hợp này? 6.903W

4 Một ống thép có đường kính trong 25mm, dày 3,5mm (k=46 W/m.0C) được dùng để dẫn hơi nước bão hòa ở 1200C Ống được bọc cách nhiệt bằng lớp vật liệu có hệ số dẫn nhiệt là 0,06 W/m.0C dày 50mm, bên ngoài là lớp amiant (k=0,279 W/m.0C) dày 75mm Nhiệt độ mặt ngoài của lớp amiant là 320C Tính:

a)Nhiệt tổn thất cho 100m đường ống?

b)Nhiệt độ giữa các lớp vật liệu?

6 Trong bộ phận gia nhiệt không khí cho thiết bị sấy (caloriphe) bằng hơi nước bão hòa ở áp suất 2at, 120 0 C; nhiệt độ không khí từ 30 0 C lên 90 0 C Cho biết: hệ số cấp nhiệt của hơi nước ngưng tụ bằng 13.300 W/m 2 0 C;

hệ số cấp nhiệt của không khí bằng 46,4 W/m 2 0 C; hệ số dẫn nhiệt của thép bằng 46,5W/m 0 C, đường kính trong ống là 50mm, dày 5mm Lưu lượng không khí là 1.000kg/h, nhiệt dung riêng của không khí là 1kJ/kg 0 C; nhiệt ngưng tụ của hơi nước là 2.270kJ/kg.

Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và lượng hơi nước

7 Sử dụng nhiệt thừa của một quá trình sản xuất có

quá trình truyền nhiệt này.

đổi nhiệt với một loại dầu đang có nhiệt độ cao là

qua thiết bị trao đổi nhiệt Hệ số truyền nhiệt là

thiết bị?

9 Dung dịch sản phẩm có lưu lượng là 1.000kg/h

nghịch chiều qua thiết bị trao đổi nhiệt Hệ số truyền

nhiệt của thiết bị?