(TIỂU LUẬN) báo cáo cáo THÍ NGIỆM kỹ THUẬT hóa học

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM  BÁO CÁO CÁO THÍ NGIỆM KỸ THUẬT HĨA HỌC Người hướng dẫn : KS Dương Huỳnh Thanh Linh Nhóm Lớp Khóa Bà Rịa – Vũng Tàu, Tháng 01 Năm 2022 MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ ii DANH SÁCH BẢNG BIỂU iii THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH KHUẤY I Mục đích thí nghiệm II Khái niệm III Nội dung thí nghiệm IV Phúc trình 4.1 Kết 4.2 Đồ thị 21 4.3 Bàn luận 25 V Câu hỏi chuẩn bị 26 i DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Giản đồ mối liên hệ KL, KL* Re1 lúc 10m3/phút 22 Hình 1.2: Giản đồ mối liên hệ KL, KL* Re1 lúc 15m3/phút 22 Hình 1.3: Giản đồ mối liên hệ KL, KL* Re1 lúc 20m3/phút 23 Hình 1.4: Giản đồ mối liên hệ KL, KL* Re2 lúc 10m3/phút 23 Hình 1.5:Giản đồ mối liên hệ KL, KL* Re2 lúc 15m3/phút 24 Hình 1.6: Giản đồ mối liên hệ KL, KL* Re2 lúc 20m3/phút 24 ii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt Bảng 1.2: Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt Bảng 1.3: Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt Bảng 1.4: Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt Bảng 1.5: Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt Bảng 1.6: Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt Bảng 1.7: Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt Bảng 1.8: Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt Bảng 1.9: Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt Bảng 1.10: Kết tính giá trị nhiệt lượng Q tổn thất nhiệt ΔQ Bảng 1.11: Kết tính giá trị chuẩn số Re kiểu ống truyền nhiệt 11 Bảng 1.12: Kết tính chuẩn số Prandlt lưu chất 12 Bảng 1.13: Kết tính chuẩn số Prandlt vách 14 Bảng 1.14: Kết tính giá trị chuẩn số Nu kiểu ống truyền nhiệt 19 Bảng 1.15: Kết tính giá trị hệ số cấp nhiệt dịng kiểu ống truyền nhiệt 20 Bảng 1.16: Kết tính giá trị hệ số dẫn nhiệt dài lý thuyết kiểu truyền nhiệt 21 iii Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị BÀI 1: THỰC HÀNH TRAO ĐỔI NHIỆT GIỮA CHẤT LỎNG VÀ KHÍ (HEAT EXCHANGER LIQUID & GAS) I MỤC ĐÍCH Sau thực hành với thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp qua vách dịng lưu chất lỏng - khí phịng thí nghiệm, sinh viên làm quen với sơ đồ nguyên tắc hoạt động thiết bị Thực khảo sát trình trao đổi nhiệt hai dịng lưu chất lỏng khí trường hợp: chiều; ngược chiều chia dịng có gắn cánh tản nhiệt II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Khái niệm tình truyền nhiệt thiết bị truyền nhiệt ống lịng ống Quá trình truyền nhiệt thiết bị dạng ống lồng ống ví dụ truyền nhiệt phức tạp Ở diễn trao đổi nhiệt hai dịng lưu chất lỏng khí ngăn cách vách ngăn kim loại, bao gồm truyền nhiệt đối lưu từ dịng nóng đến vách, dẫn nhiệt qua thành ống kim loại đối lưu nhiệt dòng khí với thành ống III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Kết cấu ống truyền nhiệt Hệ thống thiết bị thí nghiệm có sơ đồ hình…, bao gồm kiểu kết cấu truyền nhiệt sau: Kiểu 1: Thuộc loại ống lồng ống đơn giản, dịng lỏng (dịng nóng) bên ống truyền nhiệt dịng khí (dịng lạnh) bên dọc bề mặt ống Hai dòng chảy có phương chảy song song chiều với Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị Kiểu 2: Thuộc loại ống lồng ống đơn giản, dòng lỏng (dịng nóng) bên ống truyền nhiệt dịng khí (dịng lạnh) dọc bề mặt ngồi ống Hai dịng chảy có phương chảy song song ngược chiều với Báo cáo thí nghiệm trình thiết bị Kiểu 3: Thuộc loại ống lồng ống đơn giản, dịng khí (dịng lạnh) dọc bề mặt ngồi ống Hai dịng chảy có phương chảy vng góc với nhau, khơng có cánh tản nhiệt Kiểu 4: Thuộc loại ống lồng ống đơn giản, dòng khí (dịng lạnh) dọc bề mặt bên ngồi ống Hai dịng chảy có phương chảy vuống góc với nhau, ống truyền nhiệt bên có gắn cánh tản nhiệt IV KẾT QUẢ SỐ LIỆU THỰC HÀNH Kết - Kết số liệu thí nghiệm tại: QL = 10 (L/min) Lưu lượng lỏng, QL (L/min) Lưu lượng khí (m3/min) T Lỏng IN T Lỏng OUT T Gas IN T Gas OUT Bảng 1.1 Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt QL = 10 (L/min) Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị Lưu lượng lỏng, QL (L/min) Lưu lượng khí (m3/min) T Lỏng IN T Lỏng OUT T Gas IN T Gas OUT Bảng 1.2 Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt QL = 10 (L/min) Lưu lượng lỏng, QL (L/min) Lưu lượng khí (m3/min) T Lỏng IN T Lỏng OUT T Gas IN T Gas OUT Bảng 1.3 Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt QL = 15 (L/min) Lưu lượng lỏng, QL (L/min) Lưu lượng khí (m3/min) T Lỏng IN T Lỏng OUT T Gas IN T Gas OUT Bảng 1.4 Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt Lưu lượng lỏng, QL (L/min) Lưu lượng khí (m3/min) T Lỏng IN T Lỏng OUT T Gas IN T Gas OUT Bảng 1.5 Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt QL = 15 (L/min) Lần Lần Lần Lần Trung bình Báo cáo thí nghiệm trình thiết bị Lưu lượng lỏng, QL (L/min) Lưu lượng khí (m3/min) T Lỏng IN T Lỏng OUT T Gas IN T Gas OUT Bảng 1.6 Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt Lưu lượng lỏng, QL (L/min) Lưu lượng khí (m3/min) T Lỏng IN T Lỏng OUT T Gas IN T Gas OUT Bảng 1.7 Kết số liệu thí nghiệm ống truyền nhiệt Lưu lượng lỏng, QL (L/min) Lưu lượng khí (m3/min) Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị : hệ số dẫn nhiệt ống, W/mK rb : nhiệt trở lớp cáu db: đường kính lớp cáu, m Trong trường hợp thí nghiệm ta lấy giá trị rb/db 0( coi khơng có lớp cáu cặn bám bên ống) Kết tính giá trị hệ số dẫn nhiệt dài lý thuyết kiểu ống truyền nhiệt thể bảng sau: Hệ số truyền nhiệt lý thuyết KL* STT Bảng 1.16 Kết tính giá trị hệ số dẫn nhiệt dài lý thuyết kiểu ống truyền nhiệt Đồ thị * 3.1 Đồ thị mối liên hệ KL, Kl Re1 a) Lưu lượng lỏng 10m /phút 22 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị 60 50 40 KL 30 20 10 13800 KL Hình 1.1 mối liên giản đồ hệ KL, KL* Re1 lúc 10m /phút Hình 1.2 mối liên giản đồ hệ KL, KL* Re1 lú c) Lưu lượng lỏng 20m /phút 23 KL Hình 1.3 mối liên giản đồ hệ KL, KL* Re1 lúc 20m /phút * 3.2 Đồ thị mối liên hệ KL, Kl Re2 a) Lưu lượng lỏng 10m /phút Hình 1.4 mối liên giản đồ hệ KL, KL* Re2 lúc 10m /phút b) Lưu lượng lỏng 15m /phút 24 Báo cáo thí nghiệm trình thiết bị 160 140 120 100 KL 80 60 40 20 0 KL Hình 1.5 mối liên giản đồ hệ KL, KL* Re2 lúc 15m /phút Hình 1.6 mối liên giản đồ hệ KL, KL* Re2 lúc 20m /phút Kết luận 25 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị Câu 1: Tổn thất nhiệt có đáng kể khơng? Tại sao? - Từ kết tính tốn, ta thấy tổn thất nhiệt lớn - Nguyên nhân: ➢ Tổn thất nhiệt nhiệt dòng lưu chất mơi trường ngồi, thấy lớp bảo ôn(cách nhiệt) thiết bị không tốt ➢ Nhiệt khơng bị mát mơi trường ngồi mà bị giữ lại phẩn vách kim loại ➢ Ngồi ra, lưu lượng chất khơng ổn định gây ổn định trình truyền nhiệt ➢ Ống B tổn thất nhiệt nhiều ống C dòng lưu chất ống B tiếp xúc với theo phương ngăng làm giảm thời gian tiếp xúc dòng chảy song song ống C Câu 2: mức độ sai số, nguyên nhân gây sai số lúc thí nghiệm? Biện pháp khắc phục? Mức độ sai số lớn(>20%) Do nhiều nguyên nhân: ➢ Lưu lượng dịng nóng dịng lạnh vào hai ống khơng ổn định khơng thể đảm bảo vận tốc vào khơng đổi suốt q trình thí nghiệm ➢ Các giá trị đo nhiệt độ không tiến hành đo thời điểm, gây sai lệch tính tốn ➢ Dịng nóng hồn lưu liên tục làm nhiệt độ dịng vào khơng ổn định ➢ Các giá trị nhiệt độ cao, tổn thất nhiệt lớn gây sai số ➢ Các ống thiết bị cách nhiệt không tốt ➢ Các ống bị rị rỉ ➢ Ngồi giá trị nhiệt độ bảng đọc không ổn định mà biến thiên khoảng định sai số chủ quan người đọc tránh khỏi ➢ Sai số thiết bị đo lưu lượng thiết bị đo nhiệt độ (sai số hệ thống) ➢ Do thao tác người tiến hành thí nghiệm ➢ Các sai số q trình tính tốn, làm trịn số liệu Các thơng số tính theo trung bình nên kết khơng xác Biện pháp khắc phục: 26 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị ➢ Lặp lại thí nghiệm nhiều lần ➢ Thí nghiệm nhiệt độ lưu chất không cao ➢ Cách nhiệt cho ống kim loại, sữa chửa chỗ bị rò rỉ Câu 3: So sánh hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm KL hệ số truyền nhiệt dài lý * thuyết KL * Hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm KL nhỏ hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết KL Câu hỏi chuẩn bị V CÂU 1: MỤC ĐÍCH BÀI TN? Làm quen với TB truyền nhiệt ống lồng ống, dụng cụ đo nhiệt độ lưu lượng lưu chất Xác định hệ số truyền nhiệt trình truyền nhiệt hai dịng lạnh dịng nóng qua vách kim loại chế độ chảy khác Thiết lập cân nhiệt lượng Biết sai số làm thí nghiệm - CÂU 2: CÁC THƠNG SỐ CẦN ĐO? - Lưu lượng dịng nóng dịng lạnh ứng với chế độ Nhiệt độ vào dịng lạnh dịng nóng ứng với chế độ ống B C CÂU 3: TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM? Kiểm tra cấp nước đầy vào bồn chứa nước nóng o Cài đặt nhiệt độ nước nóng 70 C đồng hồ điều khiển nhiệt độ đặt bên tủ điện Bật cơng tắc HEATER cơng tắc PUMP để làm nóng nước, cài đặt lưu lượng dòng lỏng QL khoảng 10 L/min Trong lúc chờ nước nóng đạt đến nhiệt độ cài đặt, tìm hiểu ky đường dịng hệ thống thí nghiệm, van solenoid đóng/mở cho dịng lỏng, van đóng/mở cho dịng khí khí nén, vị trí cảm biến nhiệt độ dịng nóng dịng lạnh, hai vị trí cảm biến lưu lượng dịng nóng dịng lạnh Khi nước nóng đạt đến nhiệt độ cài đặt, bắt đầu tiến hành thí nghiệm Bật cơng tắc PUMP để khởi động bơm nước nóng, điều chỉnh lưu lượng dịng nước nóng cách nhấn nút UP/DOWN đồng hồ QL để tăng/giảm lưu lượng nước Bật công tắc quạt FAN, điều chỉnh lưu lượng dịng khí vào cách nhấn nút 27 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị UP/DOWN đồng hồ QG Đèn báo sáng hàng ống sơ đồ nguyên lý đường ống tương ứng thực tế hoạt động Khi cần chuyển sang khảo sát hàng ống nhấn nút màu đỏ nằm hàng ống đó, đèn báo tương ứng sáng Ở lưu lượng QL QG tiến hành khảo sát bốn đường ống truyền nhiệt Ghi nhận đại lượng cần đo q trình ổn định hồn tồn Sinh viên nên sử dụng thiết bị ghi hình để ghi lại số liệu tất đồng hồ đo thời điểm Chụp khoảng 8-10 lần cho chế độ đo lấy giá trị trung bình 10 Điều chỉnh lưu lượng dịng để thay đổi chế độ chảy lặp lại thí nghiệm với thông số ổn định Mỗi lần tăng lưu lượng với ΔQ = 10 L/min 28 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị CÂU 4: TBTN ỐNG LỒNG ỐNG CÓ THỂ XEM LÀ TBTN KIỂU VỎ ỐNG ĐẶC BIỆT KHÔNG? VÌ SAO? Các TBTN vỏ ống thường gồm vỏ nhiều ống lắp vỉ ống TBTN ống lồng ống (ống kép) gồm vỏ ống Theo tài liệu [1] TBTN phân loại theo cấu tạo sau: - TBTN kiểu vỏ ống - TBTN kiểu ống xoắn: gồm o Dạng ống xoắn cuộn trịn quấn quanh phía hay phía ngồi vỏ TB o Dạng ống lồng ống (ống kép) - TBTN kiểu tháo lắp (kiểu khung bản) TBTN kiểu blốc - TBTN kiểu xoáy ốc CÂU 5: ĐƯỜNG ĐI CỦA DỊNG NĨNG TRONG HỆ THỐNG TB THÍ NGHIỆM? Lúc ban đầu, dịng nóng hồn lưu theo van trở nồi đun Khi mở van ứng với ống dịng nóng hồn lưu phần theo van trực tiếp nồi đun, phần qua ống A, B, C 1, C2, C3 Phần qua ống theo ống C trở theo van II qua thiết bị đo lưu lượng nồi đun CÂU 6: ĐƯỜNG ĐI CỦA DỊNG LẠNH TRONG HỆ THỐNG TB THÍ NGHIỆM? Dòng lạnh theo van qua van I theo ống C theo hướng từ trái sang phải vào ống A, B, C1, C2, C3 tùy đo ống Sau dịng lạnh qua van I, van II để đổ CÂU 7: ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA TBTN ỐNG LỒNG ỐNG? ƯU ĐIỂM: + Đơn giản việc chế tạo (có thể nối đoạn ống lại với mặt bích) 29 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị + Có thể tiêu chuẩn hóa suất nhiệt phân đoạn bản, thích hợp dùng cho lưu chất làm việc áp suất cao, bố trí dịng nóng, dịng lạnh xi chiều hay ngược chiều bố trí phân đoạn nối tiếp hay song song + Hệ số truyền nhiệt lớn + Dễ điều chỉnh tốc độ chảy lưu chất NHƯỢC ĐIỂM: + Chủ yếu thất thoát nhiệt + Giá thành cao 30 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị + Cồng kềnh, khó vệ sinh, sữa chữa CÂU 8: CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN NHIỆT CƠ BẢN? BÀI NÀY CÓ PHƯƠNG THỨC NÀO? Các phương thức truyền nhiệt bản: - Đối lưu nhiệt Bức xạ nhiệt Dẫn nhiệt Trong TN có phương thức: - Đối lưu nhiệt từ dịng nóng đến vách từ vách đến dòng lạnh Dẫn nhiệt qua thành ống kim loại từ phía dịng nóng sang phía dịng lạnh CÂU 9: CƠ CHẾ TRUYỀN NHIỆT GIỮA LƯU CHẤT QUA VÁCH NGĂN? t1 Dịng nóng truyền nhiệt đối lưu đến vách kim loại (nhiệt độ giảm dần đến gần vách), sau truyền nhiệt dẫn nhiệt qua vách kim loại cuối truyền nhiệt đối lưu từ vách kim loại sang dòng lạnh CÂU 10: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO HAI DÒNG LƯU CHẤT NÓNG VÀ LẠNH? Q = G1C1 t1v-t1r = G2C2 t2r-t2v 31 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị Trong đó: • Q: nhiệt lượng trao đổi (W) • G1, G2: lưu lượng dịng nóng dịng lạnh (kg/s) • C1, C2: nhiệt dung riêng trung bình dịng nóng dịng lạnh (J/(kg.K)) • t1v, t1r: nhiệt độ vào dịng nóng (°C) • t2v, t2r: nhiệt độ vào dòng lạnh (°C) CÂU 11: Ý NGHĨA VẬT LÝ CỦA HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT DÀI KL? CƠNG THỨC TÍNH? Ý nghĩa: Là nhiệt lượng truyền qua đơn vị chiều dài ống đơn vị thời gian chênh lệch nhiệt độ mặt ống 1°C 32 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị Cơng thức tính hệ số truyền nhiệt dài cho ống lớp: Kl = Trong đó: • α1, α2: hệ số cấp nhiệt phía ngồi ống (W/(m K)) • dtr, dng: đường kính ngồi ống truyền nhiệt (m) • λ: hệ số dẫn nhiệt ống (W/(m.K)) • rb: nhiệt trở lớp cáu (m h.°C/J) • db: bề dày lớp cáu (m) Tương tự, ta có cơng thức tính hệ số truyền nhiệt dài cho ống nhiều lớp: Kl = α1d1 33 Báo cáo thí nghiệm trình thiết bị CÂU 13: ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CHẢY ĐẾN QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT? Trong chế độ chảy tầng, nhiệt độ dòng lưu chất giảm dần từ tâm đến vùng (tiếp xúc vách kim loại) nên truyền nhiệt Trong chế độ chảy rối, nhiệt độ dịng lưu chất khơng đổi từ tâm đến vùng nên truyền nhiệt tốt CÂU 14: PHÂN BIỆT QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT ỔN ĐỊNH VÀ KHÔNG ỔN ĐỊNH Truyền nhiệt ổn định: q trình truyền nhiệt mà hàm phân bố nhiệt độ T thay đổi theo tọa độ, không phụ thuộc thời gian T = f(x, y, z) dT =0 dτ Truyền nhiệt không ổn định: q trình truyền nhiệt mà hàm phân bố nhiệt độ T phụ thuộc vào tọa độ thời gian T = f(x, y, z, t) CÂU 15: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ SỐ CẤP NHIỆT Α? α = f(c, l, w, ρ, μ, Δt, λ, gc) Trong đó: • c: nhiệt dung riêng (J/(kg.K)) • l: kích thước hình học đặc trưng (m) • w: vận tốc dịng chảy (m/s) • ρ: khối lượng riêng (kg/m ) • μ: độ nhớt lưu chất (Pa.s) • Δt: chênh lệch nhiệt độ (°C) • λ: hệ số dẫn nhiệt vật rắn (W/(m.K)) 34 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị • gc: hệ số chuyển đổi khối lượng sang lực CÂU 16: SO SÁNH HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT XUÔI CHIỀU VÀ NGƯỢC CHIỀU Thơng thường q trình truyền nhiệt xi chiều có hiệu thấp q trình truyền nhiệt ngược chiều 35 ... bảng sau: Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị Truyền nhiệt cho dịng nóng G1 0,165 10 0,165 0,165 0,247 15 0,247 0,247 0,330 20 0,330 0,330 G2 0,021 0,023 10 0,025 0,021 15 0,023 10 Báo cáo thí nghiệm... chuẩn số Prandlt lưu chất 14 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị Kết tính chuẩn số Prandlt vách thể bảng sau: Chuẩn số Prv dòng nóng Chuẩn số Prv dịng lạnh 15 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị... chảy lưu chất chuẩn số Re wl Re = (6) 11 Báo cáo thí nghiệm q trình thiết bị Với w: vận tốc dòng, m/s : độ nhớt động học lưu chất, m /s l: kích thước hình học đặc trưng, m Trường hợp dòng lưu chất