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

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾPTính 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

GV: TS Nguyễn Minh Tân

Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm

Chương 2 Đun nóng – Làm Nguội – Ngưng tụ

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 ttb và nhiệt

độ trung bình - Tra các thông số vật lý của chất tải nhiệt ở nhiệtđộ trung bình

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 3

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP

(4) Xác định hệ số truyền

nhiệt

C m

W K

i

i  





2 1

, 1









1

m

W t

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

Phía chất tải nhiệt II

q q

q

q1  t  2 

Truyền nhiệt ổn định

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP

(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 5

CHỌN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

Xác định lượng chất tải nhiệt

2

1 T T

Chi phí đầu tư Chi phí chất tải

nhiệt

 1 2 

22 21

T

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

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

P

P N

n

s 



 0

N

n P

P

P

s

s  

s

t



Tổn thất nhiệt độ do

nồng độ

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

P

P

s s

s    

Qui tắc babo ứng dụng cho dung dịch loãng, với dung dịch đặc phải thêm hệ số hiệu chỉnh

Phương pháp Tysenco:

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

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:

W G

100

100đ đ c đ

b G b

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 13

3.2 CÔ ĐẶC MỘT NỒI

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

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

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).

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 :

3.2 CÔ ĐẶC MỘT NỒI

Nhiệt độ sôi của dung

dịch và tổn thất nhiệt

độ