Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của Công Nghệ sinh học, các chế phẩm enzyme được sản xuất nhiều và được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực như: chế biến thực phẩm, nông nghiệp, chăn nuôi, y tế...Hàng năm lượng enzyme được sản xuất trên thế giới đạt khoảng trên 300.000 tấn với trên 500 triệu USD, được phân phối trong các lĩnh vực khác nhau. Trong đó, Protease là enzyme được sử dụng nhiều nhất hiện nay trong một số ngành sản xuất như; chế biến thực phẩm (đông tụ sữa làm cho phomát,làm mềm thịt, bổ sung để tăng chất lượng sản phẩm trong sản xuất bia. Xử lý phế phụ phẩm trong chế biến thực phẩm...(sản xuất chất tẩy rửa, thuốc da, y tế, nông nghiệp...)
BÀI 3: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG 2.1.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Khảo sát trình truyền nhiệt đun nóng làm nguội gián tiếp dòng qua bề mặt ngăn cách Tính tốn hiệu suất tồn phần dựa vào cân nhiệt lượng lưu lượng dòng khác Khảo sát ảnh hưởng chiều chuyển động lên trình truyền nhiệt trường hợp xuôi chiều ngược chiều Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN thiết bị ống xoắn từ so sánh với kết tính tốn theo lý thuyết KLT 2.2 THỰC NGHIỆM 2.2.1 CƠNG THỨC TÍNH TỐN Hiệu số nhiệt độ dịng- hiệu suất nhiệt độ q trình truyền nhiệt Nhiệt lượng dịng nóng tỏa Nhiệt lượng dòng lạnh thu vào Nhiệt lượng tổn thất Hiệu suất trình truyền nhiệt Lưu thể chảy xuôi chiều Lưu thể chảy ngược chiều: t1=TNv-TLr t2=TNr-TLv Nếu Nếu Hiệu số nhiệt độ hữu ích: Hệ số truyền nhiệt KTN: Suy ra: Đối với ống lồng ống: Trong đó:N : số đoạn khảo sát L: chiều dài ống truyền nhiệt, m : đường kính trung bình ống truyền nhiệt, m đường kính ngồi ống truyền nhiệt, m Hệ số truyền nhiệt lý thuyết KLTđối với tường ống: Đối với tường phẳng: Chế độ chảy: đó: w: tốc độ,m/s ρ: khối lượng riêng, kg/ m3 : độ nhớt động lực, N.s/ m2 Chảy xốy: Chảy q độ: Chuẩn số Nu: Trong đó: : hệ số tỏa nhiệt, W/m2.K λ: hệ số dẫn nhiệt, W/m.K l: kích thước hình học đặc trưng, m 2.2.2 Kết thí nghiệm a Trường hợp xi chiều b Trường hợp ngược chiều 2.2.3 XỬ LÝ SỐ LIỆU TH1: xi chiều Ví dụ tính tốn: TN1: =T2 – T1 = 73-65=8 T3 – T4 =35-28 =7 100%= =17.78 (%) 100%= =15.56 (%) = =16.67 (%) Bảng 1: hiệu suất nhiệt độ TN TN(OC) TL(OC) (%) (%) (%) 17.78 15.56 16.67 10 22.73 6.82 14.77 10 22.22 6.67 14.44 10 22.73 4.55 13.64 16.28 11.63 13.95 15.91 11.36 13.64 18.18 9.09 13.64 20.45 9.09 14.77 18.18 15.91 17.05 10 15.91 13.64 14.77 11 16.28 11.63 13.95 12 16.28 9.30 12.79 13 20.93 13.95 17.44 14 13.95 11.63 12.79 15 15.91 13.64 14.77 16 15.91 11.36 13.64 Ví dụ tính tốn bảng 2: TN1 Nhiệt độ trung bình nóng: Ttb (N)=0,5.(TNv+TNr)=0,5.(73+65)=69 (oC) Nhiệt độ trung bình lạnh: Ttb (L)=0,5.(TLv+TLr) =0,5.(35+28)=31,5 (oC) Cách nội suy : tra bảng ta có: t=60oC ρ=983kg/m3 t=70oC ρ=978kg/m3 suy t=69oC Cách nội suy 983- (69-60)=978.5 kg/m3 : Tra bảng ta cót=30oC ρ=996(kg/m3) t=40oC ρ=992(kg/m3) suy t=31.5oC Cách nội suy 996- (31.5-30)=995.4 (kg/m3) : tra bảng ta có t=60oC t=70oC C=4180 (J/kg.K) C=4190 (J/kg.K) suy tạit=69oC 4180+ (69-60)=4189 (J/kg.K) Trong trường hợp này, nhiệt độ trung bình dòng lạnh nằm khoảng 30-40 oC, t=30 (oC), C=4180 (J/kg.K) , t=40 (oC), C=4180 (J/kg.K), nên ta khơng phải nội suy nhiệt dung riêng dịng lạnh Lưu lượng khối lượng dịng nóng: 978,5=0,03262 (kg/s) Lưu lượng khối lượng dòng lạnh: 995,4=0,03318 (kg/s) Nhiệt lượng dịng nóng tỏa ra: Nhiệt lượng dịng lạnh thu vào: Nhiệt lượng tổn thất: Hiệu suất trình truyền nhiệt: Từ tính tốn ta thu bảng số liệu sau: Bảng 2: Hiệu suất truyền nhiệt TN Gn(kg/s) Gl(kg/s) 0.03262 Qn(W) 0.03318 1093.05 Ql(W) Qf(W) Hs(%) 970.85 122.2 88.82 0.03263 0.06639 1366.68 832.49 534.2 60.91 0.03263 0.09961 1366.68 1251.95 114.74 91.6 0.03263 0.1328 256.48 81.23 0.06518 0.03315 1911.73 1218.82 36.24 0.06518 0.06633 1911.73 1386.37 525.36 72.52 0.0652 0.09952 1663.97 521.53 76.14 0.06522 0.13269 2459.03 2218.63 240.39 90.22 0.0978 0.03315 3278.26 2308.19 29.59 10 0.09777 0.06632 2867.59 1663.31 1204.29 11 0.09783 0.0995 2868.86 2079.55 789.31 72.49 12 0.09783 0.13269 2868.86 2218.63 650.23 77.33 13 0.13043 0.03315 4918.05 4086.74 16.9 14 0.1304 0.06633 3278.26 1386.37 1891.89 42.29 15 0.13043 0.09952 3825.15 2495.96 1329.19 65.25 16 0.13043 0.13272 3825.15 2773.85 1051.31 72.52 1366.68 1110.21 2185.5 692.9 970.07 831.32 58 Bảng thông số phụ bảng TN Ttbnóng (oC) 69 Ttb lạnh (oC) ρ (l) (kg/m3) ρ(n) (kg/m3) 31.5 995.4 978.5 4189 4180 68 30.5 995.8 979 4188 4180 68 29.5 996.1 979 4188 4189.5 68 30 996 979 4188 4180 70.5 33.5 994.6 977.7 4190 4180 70.5 32.5 995 977.7 4190 4180 70 32 995.2 978 4190 4180 69.5 32 995.2 978.25 4189.5 4180 70 33.5 994.6 978 4190 4180 10 70.5 33 994.8 977.7 4190 4180 11 69.5 32.5 995 978.25 4189.5 4180 12 69.5 32 995.2 978.25 4189.5 4180 13 69.5 34 994.4 978.25 4189.5 4180 14 70 32.5 995 978 4190 4180 15 69.5 32 995.2 978.25 4189.5 4180 CN CL (J/kg.K) (J/kg.K) 16 69.5 31.5 995.4 978.25 4189.5 Ví dụ tính tốn bảng 3: TN1 C) o (oC) 36.995 Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm: KTN= 990,49 (W/m2.K) Trong thiết bị ống lồng ống: F=N..dtb.L =1.3,14.0,019.0.5=0,02983 (m2) Với dtb= = =0.019 (m) di, đường kính ngồi ống truyền nhiệt, m Cách nội suy Pr: Ta có: Prmt tra bảng nội suy theo ttb (N) ttb (L) PrT tra bảng nội suy theo tvách (N) tvách (L) Qui ước: lấy tvách (N)=ttb (N) +2 (OC) tvách (L)=ttb (L)+2 (OC) 10 4180 Bảng 2:hiệu suất truyền nhiệt (tính tốn,tra cứu số liệu tương tự trường hợp xuôi chiều) TN GN(kg/s) GL(kg/s) QN(W) QL(W) QF(W) η (%) 0.03262 0.0331 1093.05 554.21 538.84 50.70 0.03263 0.0663 1229.85 554.44 675.41 45.08 0.03263 0.0995 1503.15 415.91 1087.24 27.67 0.03263 0.1327 1366.68 554.55 812.14 40.58 0.06518 0.0331 1911.73 692.63 1219.10 36.23 0.06518 0.0663 1911.73 831.49 1080.24 43.49 0.0652 0.0995 2185.50 831.65 1353.85 38.05 0.06523 0.1327 2186.10 1109.32 1076.78 50.74 0.09777 0.0331 2048.28 1078.61 47.34 10 0.0978 0.0663 2458.69 1385.81 1072.88 56.36 11 0.09783 0.0995 2868.86 1247.73 1621.13 43.49 12 0.09785 0.1327 3279.15 1109.32 2169.83 33.83 13 0.13036 0.0331 2731.04 1899.72 30.44 14 0.1304 0.0663 3278.26 1385.81 1892.45 42.27 15 0.13043 0.0995 3825.15 1663.31 2161.85 43.48 16 0.13047 0.1327 3279.15 1109.32 2169.83 33.83 16 969.68 831.32 Bảng thông số phụ bảng 2: TN Ttbnóng (oC) Ttb lạnh (oC) ρ (l) (kg/m3) ρ(n) (kg/m3) CN (J/kg.K) CL (J/kg.K) 69 34 994.4 978.5 4185 4180 68.5 33 994.8 978.75 4184 4180 68.5 32.5 995 978.75 4183 4180 68 32.5 995 979 4183 4180 70.5 34.5 994.2 977.7 4187 4180 70.5 33.5 994.6 977.7 4187 4180 70 33 994.8 978 4186 4180 69 32 995.2 978.5 4185 4180 70.5 34.5 994.2 977.7 4188 4180 10 70 33.5 994.6 978 4187 4180 11 69.5 32.5 995 978.25 4186 4180 12 69 32 995.2 978.5 4185 4180 13 70.5 34 994.4 977.7 4188 4180 14 70 33.5 994.6 978 4187 4180 15 69.5 33 994.8 978.25 4186 4180 16 69 32 995.2 978.5 4186 4180 17 Bảng 3: hệ số truyền nhiệt ( Tính tốn,tra cứu số liệu tương tự trường hợp xuôi chiều) (oC) (OC) ( C) KTN (W/m2.K) 1093.05 37 33 34.96 1048.07 530.28 1206.173 353.46 1229.85 39 32 35.38 1165.15 529.0505 5523.451 457.56 1503.15 41 31 35.77 1408.84 529.1356 7601.766 468.23 1366.68 40 31 35.31 1297.56 527.7433 9570.932 473.12 1911.73 37 35 35.99 1780.67 2459.82 1210.724 742.52 1911.73 39 35 36.96 1733.78 2460.612 5545.349 1426.49 2185.5 40 34 36.92 1984.5 2453.319 7635.143 1531.7 2186.1 40 34 36.92 1985.04 2443.492 9519.694 1590.88 2048.28 37 35 35.99 1907.85 3402.33 1210.724 810.27 10 2458.69 37 36 36.50 2258.32 3392.791 5546.71 1696.88 11 2868.86 39 35 36.96 2601.82 3386.532 7598.659 1847.83 12 3279.15 40 34 36.92 2977.56 3379.745 9519.694 1940.95 13 2731.04 37 36 36.50 2508.47 4283.485 1205.384 849.36 14 3278.26 37 36 36.50 3011.09 4270.789 5546.71 1891.35 15 3825.15 38 35 36.50 3515.18 4262.225 7636.704 2083.98 16 3279.15 39 35 36.96 2973.92 4254.367 9519.694 2200.78 TN QN (W) o 18 (W/m2.K) L (W/m2.K) KLT (W/m2.K) Bảng thông số phụ bảng 3: t vách (N) t vách (L) 71 36 2.593 70.5 35 70.5 Pr(N) Pr mt(L) 4.754 2.516 4.976 4.754 4.976 13.51 17.39 0.6671 0.6244 2.6145 4.865 2.533 5.087 4.865 5.087 13.49 79.82 0.66665 0.6228 34.5 2.6145 4.9205 2.533 5.1425 4.9205 5.1425 13.49 109.99 0.66665 0.622 70 34.5 2.636 4.9205 2.55 5.1425 4.9205 5.1425 13.47 138.49 0.6662 0.622 72.5 36.5 2.533 4.6985 2.465 4.9205 4.6985 4.9205 62.57 17.43 0.66835 0.6252 72.5 35.5 2.533 4.8095 2.465 5.0315 4.8095 5.0315 62.59 80.03 0.66835 0.6236 72 35 2.55 4.865 2.482 5.087 4.865 5.087 62.43 110.33 0.668 0.6228 71 34 2.593 4.976 2.516 5.198 4.976 5.198 62.27 137.92 0.6671 0.6212 72.5 36.5 2.533 4.6985 2.465 4.9205 4.6985 4.9205 86.54 17.43 0.66835 0.6252 72 35.5 2.55 4.8095 2.482 5.0315 4.8095 5.0315 86.34 80.05 0.668 0.6236 71.5 34.5 2.5715 4.9205 2.499 5.1425 4.9205 5.1425 86.24 109.95 0.66755 0.622 71 34 2.593 4.976 2.516 5.198 4.976 5.198 86.13 137.92 0.6671 0.6212 72.5 36 2.533 4.754 2.465 4.976 4.754 4.976 108.95 17.37 0.66835 0.6244 72 35.5 2.55 4.8095 2.482 5.0315 4.8095 5.0315 108.69 80.05 0.668 0.6236 71.5 35 2.5715 4.865 2.499 5.087 4.865 5.087 108.54 110.36 0.66755 0.6228 71 34 2.593 4.976 2.516 5.198 4.976 5.198 108.42 137.92 0.6671 0.6212 Pr mt(N) Pr(L) Re(N) 19 Re(L) Nu(N) Nu(L) λ(L) λ(N) 2.2.4 Đồ thị biễu diễn: a/ Trường hợp xuôi chiều: Hệ số truyền nhiệt lý thuyết Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm 20 ... 10 93. 05 37 33 34 .96 1048.07 530 .28 1206.1 73 3 53. 46 1229.85 39 32 35 .38 1165.15 529.0505 55 23. 451 457.56 15 03. 15 41 31 35 .77 1408.84 529. 135 6 7601.766 468. 23 136 6.68 40 31 35 .31 1297.56 527.7 433 ... 0.06 63 2458.69 138 5.81 1072.88 56 .36 11 0.097 83 0.0995 2868.86 1247. 73 1621. 13 43. 49 12 0.09785 0. 132 7 32 79.15 1109 .32 2169. 83 33. 83 13 0. 130 36 0. 033 1 2 731 .04 1899.72 30 .44 14 0. 130 4 0.06 63 3278.26... 12 32 79.15 40 34 36 .92 2977.56 33 79.745 9519.694 1940.95 13 2 731 .04 37 36 36 .50 2508.47 42 83. 485 1205 .38 4 849 .36 14 32 78.26 37 36 36 .50 30 11.09 4270.789 5546.71 1891 .35 15 38 25.15 38 35 36 .50 35 15.18