Trang 1 Bài 1 Thí nghiệm trao đổi nhiệt hai dòng lưu thể xuôi chiều I Cơ sở lý thuyết Trong công nghiệp sản xuất, nhất là ngành CNSH cà CNTP có rất nhiều quá trình cần đến quá trình trao đổi nhiệt giữa các chất tải nhiệt, có ba nhóm chính là trực tiếp, gián tiếp và loại đệm Trong đó thì trao đổi nhiệt gián tiếp được sử dụng rộng rãi Trong bài thí nghiệm chúng ta làm quen với thiết bị rất phổ thông đó là trao đổi nhiệt gián tiếp dạng ống xoắn ruột gà Chiều chuyển động hai lưu thể trong thiết bị ả.
Bài 1: Thí nghiệm trao đổi nhiệt hai dịng lưu thể xuôi chiều I Cơ sở lý thuyết Trong công nghiệp sản xuất, ngành CNSH cà CNTP có nhiều trình cần đến trình trao đổi nhiệt chất tải nhiệt, có ba nhóm trực tiếp, gián tiếp loại đệm Trong trao đổi nhiệt gián tiếp sử dụng rộng rãi Trong thí nghiệm làm quen với thiết bị phổ thơng trao đổi nhiệt gián tiếp dạng ống xoắn ruột gà Chiều chuyển động hai lưu thể thiết bị ảnh hưởng lớn đến hiệu truyền nhiệt Trong ta khảo sát hai hình thức chảy lưu chất xi chiều ngược chiều từ suy hình thức hiệu cao Chảy xuôi chiều: Hai lưu chất chảy song song, chiều nhau, trao đổi nhiệt qua bề mặt trao đổi nhiệt Chảy ngược chiều: Hai lưu chất chảy song song ngược chiều nhau, trao đổi nhiệt qua bề mặt trao đổi nhiệt Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình hai lưu thể trình truyền nhiệt là: 𝛥ttb = 𝛥𝑡 đ−𝛥𝑡 𝑐 2,3𝑙𝑜𝑔 𝛥𝑡 đ 𝛥𝛥𝑡 𝑐 Trong đó: 𝛥𝑡đ = t1đ – t2đ 𝛥𝑡𝑐 = t1c – t2c II Quy trình thí nghiệm * Sơ đồ ngun lí: Trang 1 – Bình trao đổi nhiệt - Ống xoắn ruột gà - Thanh nhiệt - Bình gia nhiệt - Động khuấy - Ống chảy tràn – Van – Bơm – Thùng chứa nước nóng 10 Cốc đong 11 – Thùng chứa nước lạnh Cách vận hành: Cấp điện, kiểm tra mở van 12 đóng van cịn lại Cấp nước vào thùng chứa 9, bật bơm để bơm nước vào thùng gia nhiệt đến nước thùng gia nhiệt ngập gia nhiệt cánh khuấy bật nhiệt động cánh khuấy 5, Mở van 11 cấp nước nóng vào khơng gian ống xoắn ruột gà thành bình trao đổi nhiệt Mở van để nước tuần hoàn thùng chứa Khi nước từ thùng gia nhiệt chảy tràn qua ống chảy tràn xuống thùng chứa điều chình lưu lượng chảy vào khoảng khơng gian ống xoắn thành thiết bị trao đổi nhiệt cách điều chỉnh độ mở van 9, đồng thời điều chỉnh lượng nước bơm lên thùng gia nhiệt cách điều chỉnh van 10 Đo vào điều chỉnh lưu lượng nước nóng cấp vào thùng trao đổi nhiệt trì khoảng lít/phút Ta đo lưu lượng dịng nước nóng cách đóng van mở van để dòng nước chảy vào cốc đong đồng thời bấm thời gian để biết dịng nước nóng chảy lít cốc đong thời gian Điều chỉnh van 11 đến dịng nước nóng chảy lít khoảng phút (đo lần) Khi nhiệt độ dịng lưu thể nóng cấp vào bình trao đổi nhiệt trì nhiệt độ đặt (55 độ) mở van để cấp nước lạnh vào không gian bên ống xoắn ruột gà từ lên Mở van cho nước lạnh chảy vào thùng chứa đợi đến dòng ổn định ta đo điều Trang chỉnh lưu lượng dịng nước lạnh khoảng lít/phút (đo lần) điều chỉnh độ mở van 2, đóng van mở van cho nước lạnh chảy vào cốc đong bấm thời gian Khi dòng nước nóng lạnh cấp vào bình trao đổi nhiệt ổn định lưu lượng khoảng lít/phút tiến hành đo nhiệt độ nước nóng nước lạnh đầu vào khỏi nhiết bị trao đổi nhiệt (mỗi thơng số đo lần) Kết thúc thí nghiệm ngắt điện đóng hết van lại mở van để xả nóng khơng gian ống xoắn ruột gà xuống thùng chứa III Kết thí nghiệm Kết số liệu Ngun liệu thí nghiệm: Nước Thơng số Nhiệt độ nước nóng vào Nhiệt độ nước nóng Nhiệt độ nước lạnh vào Nhiệt độ nước lạnh Lưu lượng nước nóng Lưu lượng nước nóng Lưu lượng nước lạnh Lưu lượng nước lạnh Đơn vị °C °C °C °C lít/phút m3/s lít/phút m3/s Lần 55 42,6 31 39,2 1,67.10-5 1,67.10-5 Lần 55 41,5 31 39,1 1,67.10-5 0,98 1,63.10-5 Lần 55 42 31,1 38,9 1,67.10-5 1,67.10-5 Trung bình 55,00 42,03 31,03 39,07 1,67.10-5 0,99 1,66.10-5 *Các thông số thiết bị: Đường kình ngồi ống: dn = mm Đường kính ống: dt = mm Đường kính vịng xoắn: D = 200 mm Đường kính bình trao đổi nhiệt: DB = 250 mm Chiều cao bình trao đổi nhiệt: H = 310 mm Bước xoắn ống ruột gà: x = 22 mm Chiều dày ống truyền nhiệt: δ = mm Trang Số vòng xoắn: n = 12 Hệ số dẫn nhiệt vách truyền nhiệt: λ = 24,15 𝑊 𝑚𝐾 *Các thống số lưu thể: Nhiệt dung riêng nước nguồn nóng: CN = 0,997(kcal/kgđộ) Nhiệt dung riêng nước nguồn lạnh: CL = 0,997 (kcal/kgđộ) Hệ số dẫn nhiệt nước nguồn nóng: λ’ = 0,562 (kcal/mhđộ) Khối lượng riêng nước: ρ = 997 kg/m3 Độ nhớt động học nước nhiệt độ nước nguồn nóng: ʋ = 5,71.10-7 (m2/s) Độ nhớt động lực nước nhiệt độ nước nguồn nóng: µ = 5,195.10-5 (kps/m2) Tính tốn Chiều dài vịng xoắn: l = (𝜋𝐷)2 + 𝑥 = Diện tích trao đổi nhiệt: F = l.n.π 𝑑 𝑛 +𝑑 𝑡 (0,2𝜋)2 + 0,0222 = 0,629 (m) = 0,629.12.π 0,009+0,007 = 0,190 (m2) Nhiệt lượng nguồn nóng cấp vào: QN = GNCN(tN1 – tN2) = 997.1,67.10-5 0,997.(55-42,3) = 0,211 (kcal/s) Nhiệt lượng nguồn lạnh nhận được: QL = GLCL(tL2 – tL1) = 997.1,66.10-5 0,997.(39,07-31,03) = 0,133 (Kcal/s) Sự chênh lệch nhiệt độ trung bình lưu thể: Δttb = 𝛥𝑡 𝐿 −𝛥𝑡 𝑁 𝛥𝑡 2,3𝑙𝑜𝑔 𝛥𝑡 𝐿 𝑁 = 23,97−2,96 23,97 2,3𝑙𝑜𝑔 2,96 = 10,06 (°C) Trong đó: ΔtL = tN1 – tL1 = 55 – 31,03 = 23,97 ΔtN = tN2 – tL2 = 42,03 – 39,07 = 2,96 Trang Hệ số truyền nhiệt thực: Ktt = Vận tốc lưu thể: ω = 𝐺𝑁 𝐹 = Chuẩn số Reynolds: Re = 𝑄𝐿 = 𝛥𝑡 𝑡𝑏 𝐹 1,67.10 −5 µ = 10,06.0,19 = 0,07 (kcal/m2sđộ) = 8,79.10-5 (m/s) 0,19 𝜌𝜔 𝐷𝐵 0,133 𝜔 𝐷𝐵 ʋ = 8,79.10 −5 0,25 5,71.10 −7 = 38,49 Nhận thấy ReFcZ từ tìm tổng thời gian cần thiết tiệt trùng (B phút) từ xây dựng công thức tiệt trùng 𝐴−𝐵−𝐶 𝑝 𝑇 Theo dõi bảo ôn đồ hộp đánh giá chất lượng đồ hộp IV Kết thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm trùng cho lọ dưa chuột dầm dấm có thành phần: Lọ 1: m1 = mdưa chuột + mcà rốt = 253,7 + 30,7 = 284,4 (g) Lọ 2: m2 = mdưa chuột + mcà rốt = 244,3 + 36 = 280,3 (g) Lọ 3: m3 = mdưa chuột + mcà rốt = 254,1 + 43,9 = 298 (g) Trung bình khối lượng lọ: m= Thời gian đọc (phút) 𝑚 +𝑚 +𝑚 3 = 284,4+280,3+298 Nhiệt độ môi trường (°C) 16 19 29 = 287,6 (g) Nhiệt độ tâm (°C) 12 13 13 Hiệu trùng Kf nhiệt độ t 1,87.10-8 2,43.10-8 2,43.10-8 Trang 17 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 43 58 80 85 85 85 85 84 83 82 85 85 85 85 83 83 83 85 85 85 85 85 84 84 Từ công thức: Kf = 𝑇 𝑒 −𝑇 10 𝑍 3,16.10-8 6,93.10-8 2,57.10-7 10-5 3.10-4 3,16.10-3 0,0197 0,0562 0,1233 0,2081 0,3511 0,5926 1,299 1,299 1,299 1,688 2,192 2,848 3,700 3,700 3,700 3,700 3,700 14 17 22 36 49 58 65 69 72 74 76 78 80 81 81 81 82 83 84 85 85 85 85 85 , ta tính Kf với giá trị nhiệt độ với Te = 80°C, Z = 8,8°C Tổng hiệu trùng thực tế: FttZ = ΣKfΔτ = 62,96 Hiệu trùng cần thiết: FCZ = De.log 𝐶0 𝑉0 100 𝑆0 = 2,95.log 10 100.287,6 0,001% = 48,55 Như FttZ > FCZ, thời gian trùng thực tế vượt thời gian trùng cần thiết Trang 18 Thời gian dư: t’ = 𝐹𝑡𝑡𝑍 − 𝐹𝐶𝑍 𝐾𝑓 = 62,96−48,55 3,700 = (phút) Thời gian giữ nhiệt cần thiết: B = 42 – = 33 (phút) Công thức trùng: 𝐴−𝐵−𝐶 𝑇 = 12−33−𝐶 85 Đồ thị động học trình trùng sản phẩm 85°C: 90 80 3.5 70 60 2.5 50 40 1.5 30 20 0.5 10 0 T Kf -0.5 10 20 30 40 50 60 Trang 19 Trang 20 ... thúc thí nghiệm ngắt điện đóng hết van lại mở van để xả nóng khơng gian ống xoắn ruột gà xuống thùng chứa III Kết thí nghiệm Kết số liệu Ngun liệu thí nghiệm: Nước Thơng số Nhiệt độ nước nóng vào... gián đoạn II Thiết bị, dụng cụ, nguyên liệu Thiết bị thanh/ tiệt trùng gián đoạn thực phẩm Dụng cụ đo tâm đồ hộp thực phẩm Hộp thực phẩm dưa chuột dầm dấm Máy đo pH III Nội dung thí nghiệm Tiến... đổi nhiệt hai lưu thể chiều Quy trình thí nghiệm tương tự với phần trao đổi nhiệt hai lưu thể chiều phải ý điều chỉnh van thiết bị thực tế để đưa chúng từ thiết bị trao đổi nhiệt chiều ban đầu