Đang tải... (xem toàn văn)
BÀI GIẢNG SỐ 1
BÀI GIẢNG SỐ I SỐ TIẾT: 05 TÊN BÀI GIẢNG: Chương Truyền nhiệt II MỤC TIÊU: Sinh viên Nắm vững khái niệm truyền nhiệt, trình truyền nhiệt cụ thể: truyền nhiệt ổn định không ổn định, dẫn nhiệt, cấp nhiệt, xạ nhiệt, đối lưu,… III ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIẢNG DẠY: Giáo trình Quá trình thiết bị Truyền nhiệt Tài liệu tham khảo: Các QT&TB CNHH&TP – Tập – Phạm Xuân Toản Máy chiếu overhead projector IV NỘI DUNG BÀI GIẢNG Giới thiệu môn học (15 phút) Tổng quan khái niệm.(15 phút) Khái niệm ý nghĩa truyền nhiệt cong nghiệp đời sống Phân biệt truyền nhiệt ổn định không ổn định Các phương thức truyền nhiệt: dẫn nhiệt, cấp nhiệt, đối lưu nhiệt, xạ nhiệt A Dẫn nhiệt Trường nhiệt độ Gradien nhiệt độ (15 phút) Trường nhiệt độ: Tập hợp tất giá trị nhiệt độ vật thể, môi trường thời điểm Mặt đẳng nhiệt: Tập hợp tất điểm có giá trị nhiệt độ thời điểm Gradien nhiệt độ: Sự thay đổi nhiệt độ đơn vị chiều dài theo phương pháp tuyến với bề mặt đẳng nhiệt lớn nhất, kí hiệu Gradt t dt lim Gradt n0 n dn Gradt vectơ có phương trùng với phương pháp tuyến bề mặt đẳng nhiệt, có chiều chiều tăng nhiệt độ - ngược với chiều dịng nhiệt, có độ lớn đạo hàm nhiệt độ theo phương pháp tuyến Định luật dẫn nhiệt Furier (15 phút) Định luật: Một nguyên tố nhiệt lượng dQ dẫn qua đơn vị bề mặt dF đơn vị thời gian d tỉ lệ với Gradt, với bề mặt dF thời gian d dQ dt dF d dn Đối với trình truyền nhiệt ổn định: Q dt F dn - Gọi hệ số tỷ lệ hay gọi hệ số dẫn nhiệt J m dQ.dn dF dt.d m s.o C [ ] Độ dẫn nhiệt biểu thị khả dẫn nhiệt vật chất nên đại lượng đặc trưng cho tính chất vật lý vật chất Dẫn nhiệt qua tường phẳng 3.1 Tường phẳng lớp (20 phút) Xét tường phẳng có chiều dày làm vật liệu đồng chất có hệ số dẫn nhiệt Giả sử tường có chiều dài chiều rộng lớn so với chiều dày tT1, tT2 - nhiệt độ bề mặt tường, tT1 > tT2 Theo phương trình vi phân dẫn nhiệt Furier: t a. t 2t t t 2t toán tử Laplace x y z Quá trình dẫn nhiệt ổn định t Do a nên 2t = d 2t 0 dx Lấy tích phân hai lần phương trình ta được: t = C1x + C2 dẫn nhiệt qua tường phẳng lớp biến thiên nhiệt độ theo chiều dày (trục ox) đường thẳng o Nếu x = t = tT1, từ phương trình suy C2 = tT1 o Nếu x = t = tT2, từ phương trình (1.5) suy C1 t t t T1 T x t T2 Mặt khác: Gradt Vậy: Q dt tT tT dx t t F T1 T 3.2 Tường phẳng nhiều lớp (20 phút) Giả sử lớp tường có chiều dày theo thứ thự lần lược 1, …n Độ dẫn nhiệt tương ứng 1, 2, 3…n Nhiệt độ hai bề mặt tường lần lược tT1 tT2 (tT1>tT2) nhiệt độ lớp theo thứ tự ta, t1, t2,…tn Lớp thứ : Q1 t T t1 F 1 Q1 tT t1 F Lớp thứ 2: Q2 t t F Lớp thứ n: Qn n t t F n T2 n Vậy: t t F Q T1 T n i i 1 i Dẫn nhiệt qua tường ống 4.1 Tường ống lớp (20 phút) Ta xét tường hình ống lớp có chiều dài L, bán kính r1, bán kính ngồi r2 độ dẫn nhiệt Bên tường có nguồn nhiệt Vì dẫn nhiệt ổn định nên nhiệt độ mặt tường tT1 tT2 không đổi theo thời gian Do tường ống nên bề mặt dẫn nhiệt thay đổi từ ngồi tt tt Ta xét lớp tường mỏng có bán kính r chiều dày dr theo định luật Furier lượng nhiệt dẫn qua lớp tường sau” Q = - dt F, w dr Trong đó: F = 2..r.L dr 2L = - dt r Q Lấy tích phân giới hạn từ r1 đến r2 từ tT1 đến tT2 ta có: Q = 2L(t t ) r2 ln r1 4.1 Tường ống nhiều lớp (15 phút) Q 2L (t1 t ) ri 1 ln i ri i 1 i n Bài tập (45 phút) Bài 6, 13 (Giáo trình QT&TB TN trang 68, 71) B Nhiệt đối lưu Khái niệm (15 phút) Quá trình truyền nhiệt mơi trường lỏng khí chủ yếu dịng đối lưu Quá trình vận chuyển nhiệt từ chất lỏng hay chất khí tới tường ngược lại gọi trình cấp nhiệt Dịng đối lưu phân hai dạng đối lưu tự nhiên đối lưu cưỡng Đối lưu tự nhiên chuyển động chất lỏng chất khí chênh lệch khối lượng riêng phần tử chất lỏng chất khí điểm có nhiệt độ khác Đối lưu cưỡng chuyển động chất lỏng khí có tác dụng học bên khuấy bơm Trong đối lưu cưỡng bức, trình trao đổi nhiệt mãnh liệt đối lưu tự nhiên Định luật cấp nhiệt Newton (15 phút) Định luật: lượng nhiệt dQ nguyên tố bề mặt dF vật thể có nhiệt độ tT cấp cho môi trường xung quanh khoảng thời gian d tỷ lệ với hiệu số nhiệt độ vật thể môi trường với dF d dQ = (tT -t).dF.d Quá trình truyền nhiệt ổn định: Q = (tT -t).F - hệ số cấp nhiệt Q F (t T w = t ) m độ Hệ số cấp nhiệt đại lượng phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố tính chất chất lỏng hay khí độ nhớt, khối lượng riêng, đặc tính chuyển động, nhiệt độ, nhiệt dung riêng vv thường xác định thực nghiệm Các chuẩn số thường gặp cấp nhiệt (15 phút) Chuẩn số Nusselt: đặc trưng cho trình cấp nhiệt bề mặt phân chia pha Chuẩn số Prant: đặc trưng cho tính chất vật lý mơi trường Chuẩn số Gratcốp: đặc trưng truyền nhiệt đối lưu tự nhiên V TỔNG KẾT Truyền nhiệt trình có vai trị quan trọng cơng nghiệp hóa chất thực phẩm Hiểu chất phương thức trình truyền nhiệt: dẫn nhiệt, cấp nhiệt, xạ nhiệt, đối lưu,… Nắm phưong pháp tính tốn q trình dẫn nhiệt qua tường phẳng VI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ Thế truyền nhiệt ổn định không ổn định? Cho biết biểu thức trình dẫn nhiệt ổn định qua tường phẳng lớp? Cho biết đại lượng đặc trưng cho trình dẫn nhiệt ý nghĩa nó? VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 04 tháng 06 năm 2008 Tổ môn duyệt Giáo viên Phạm Đình Đạt BÀI GIẢNG SỐ I SỐ TIẾT: 05 TÊN BÀI GIẢNG: Chương Truyền nhiệt II MỤC TIÊU: Sinh viên mắm vững phương pháp tính tốn dẫn nhiệt từ ứng dụng vào tính tốn thiết kế lựa chọn vật liệu chế tạo thiết bị truyền nhiệt… Hiểu chất trình cấp nhiệt III ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIẢNG DẠY: Giáo trình Quá trình thiết bị Truyền nhiệt Tài liệu tham khảo: Các QT&TB CNHH&TP – Tập – Phạm Xuân Toản Máy chiếu overhead projector IV NỘI DUNG BÀI GIẢNG Các công thức thực nghiệm cấp nhiệt B (45 phút) Cấp nhiệt lưu thể chuyển động tự Nu = C (Gr Pr)n Hệ số C số mũ n phụ thuộc vào chế độ chuyển động Cấp nhiệt lưu thể chuyển động cưỡng o Lưu thể chuyển động ống thẳng Nu 0,021. K Re ,8 Pr , 43 Pr PrT , 25 o Lưu thể chuyển động ống cong d c 1 1,77 R o Lưu thể chuyển động ống có hình vành khăn d Nu 0,23 Re 0,8 Pr 0, tn d nt D Truyền nhiệt Khái niệm (15 phút) Quá trình vận chuyển nhiệt lượng từ lưu thể sang lưu thể khác qua tường ngăn gọi truyền nhiệt truyền nhiệt bao gồm dẫn nhiệt, cấp nhiệt xạ nhiệt Truyền nhiệt đẳng nhiệt xảy trường hợp nhiệt độ hai lưu thể không thay đổi theo vị trí khơng gian thời gian nghĩa hiệu số nhiệt độ hai lưu thể số vị trí thời gian Truyền nhiệt biến nhiệt ổn định: Là hiệu số nhiệt độ hai lưu thể biến đổi theo vị trí khơng biến đổi theo thời gian, xảy trình làm việc liên tục Truyền nhiệt biến nhiệt không ổn định: Là trường hợp hiệu số nhiệt độ hai lưu thể biến đổi theo vị trí khơng gian thời gian, Và xảy trình làm việc gián đoạn Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng tường ống 2.1 Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng lớp nhiều lớp 2.1.1 Phương trình truyền nhiệt qua tường phẳng lớp (30 phút) Giả sử có tường phẳng có thơng số : Bề mặt truyền nhiệt F, m2 Chiều dày tường , m Độ dẫn nhiệt , W/m.độ Nhiệt độ lưu thể nóng t1 , 0C Nhiệt độ lưu thể nguội t2 , 0C Hệ số cấp nhiệt lưu thể nóng tới tường 1, W/m2.độ Hệ số cấp nhiệt tường tới lưu thể nguội 2, W/m2.độ Q trình truyền nhiệt từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội gồm ba giai đoạn o Nhiệt truyền từ lưu thể nóng tới tường (cấp nhiệt) Q = 1(t1 –tT1 )F o Nhiệt dẫn qua tường (tT1 –tT 2)F Nhiệt truyền từ tường tới lưu thể nguội(cấp nhiệt) Q= o Vậy: Q = 2(tT2 –t2)F Q KF( t t ) Với: K hệ số truyền nhiệt, đại lượng nghịch đảo K 1 gọi trở nhiệt V TỔNG KẾT BÀI Trao đổi nhiệt hai dòng có ý nghĩa trọng sử dụng chủ yếu trình sản xuất VI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ Cho biết ý nghĩa chuẩn số? Trình bày phương pháp xác định hệ số cấp nhiệt từ phương trình thực nghiệm? VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 04 tháng 06 năm 2008 Tổ mơn duyệt Giáo viên Phạm Đình Đạt BÀI GIẢNG SỐ I SỐ TIẾT: 05 TÊN BÀI GIẢNG: Chương Truyền nhiệt Chương Đun nóng – Làm nguội – Ngưng tụ II MỤC TIÊU: Sinh viên nắm vững trình trao đổi nhiệt phức tạp, cụ thể trình truyền nhiệt biến nhiệt ổn định cách bố trí dịng chảy thiết bị… Sinh viên nắm vững chất trình đun nóng nguồn nhiệt cung cấp cho q trình ưu nhược điểm chúng… III ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIẢNG DẠY: Giáo trình Quá trình thiết bị Truyền nhiệt Tài liệu tham khảo: Các QT&TB CNHH&TP – Tập – Phạm Xuân Toản Máy chiếu overhead projector IV NỘI DUNG BÀI GIẢNG 2.1.2 Phương trình truyền nhiệt qua tường phẳng nhiều lớp (10 phút) Đối với tường phẳng nhiều lớp ta chứng minh tương tự hệ số K có dạng sau K 1 i i1 i i n 2.2 Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống lớp nhiều lớp 2.2.1 Phương trình truyền nhiệt qua tường ống lớp (30 phút) Ta xét tường hình ống có bán kính r1 bán kính r2 chiều dày , độ dẫn nhiệt chiều dài tường L Lưu thể nóng ống có nhiệt độ t1, hệ số cấp nhiệt Lưu thể nguội ngồi ống có nhiệt độ t2 hệ số cấp nhiệt Cũng tường phẳng, lượng nhiệt truyền từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội phải qua ba giai đoạn: o Cấp nhiệt từ lưu thể nóng tới bề mặt tường ống Q = 1 (tT1 – tT2) r1L o Dẫn nhiệt qua tường ống Q 2..l.t T t T r2 ln r1 o Cấp nhiệt từ bề mặt tường ống tới lưuthể nguội Vậy: Với: Trường hợp Q = (tT2 - t2 ) r2L Q = K L t K 1 r ln 1r1 r1 2r2 hệ số truyền nhiệt r2 ta áp dụng phương trình truyền nhiệt tường phẳng r1 để tính tốn cho tường ống 2.2.2 Phương trình truyền nhiệt qua tường ống nhiều lớp (10 phút) Đối với tường ống nhiều lớp hệ số truyền nhiệt K có dạng sau: K in 1 r ln i1 1r1 i1 i ri rn1 Truyền nhiệt biến nhiệt ổn định 3.1 Chiều chuyển động lưu thể (10 phút) Chảy xuôi chiều: lưu thể chảy song song chiều với Chảy ngược chiều: lưu thể chảy song song ngược chiều Chảy chéo chiều: lưu thể chảy theo phương vng góc Chảy hỗn hợp: lưu thể chảy theo hướng cịn lưu thể có đoạn chảy chiều có đoạn chảy ngược chiều có đoạn chảy chéo chiều 3.2 Hiệu số nhiệt độ trung bình (10 phút) Trường hợp hai lưu thể chảy xuôi chiều t log t t t ln t với t1 = t1ñ –t2ñ, t2 = t1c – t2c Trong trường hợp hai dòng chảy ngược chiều ta dùng phương trình truyền nhiệt chảy xuôi chiều, cần ý lấy hiệu số lớn làm hiệu số nhiệt độ đầu t1, hiệu số nhỏ làm hiệu số nhiệt độ cuối t2 Chọn chiều lưu thể (10 phút) 10 Ta nhận thấy rằng, mẫu số cơng thức nhiệt hóa hơi đốt r, đồng thời q trình đặc tiến hành điều kiện áp suất làm việc áp suất đốt thì: D=W Như cô đặc nồi thoả điều kiện ta phân tích để làm bay kg thứ cần kg đốt Thực tế phải tính đến lượng nhiệt mát nên lượng đốt tiêu hao riêng 1,1 1,2 kg cho kg thứ 2.3.3 Bề mặt truyền nhiệt (30 phút) Q = K F t = D (I - Cn ) , kj/h Suy F= Với t = tD – tstbdd Q , m2 Kt tD – nhiệt độ đốt tstbdd – nhiệt độ sơi trung bình dung dịch Hiệu số nhiệt độ hữu ích hiệu nhiệt độ đốt nhiệt độ sơi trung bình dung dịch Bài tập (60 phút) V TỔNG KẾT BÀI Bài học cho ta đại lượng tính tốn đặc nồi, bước ban đầu làm sở cho q trình đặc phức tạp VI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ Trình bày phương pháp đặc nồi gián đoạn Trình bày phương pháp đặc nồi liên tục Trình bày phương pháp xác định lượng đốt cần thiết cô đặc nồi hai trường hợp VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 04 tháng 06 năm 2008 Tổ mơn duyệt Giáo viên Phạm Đình Đạt 27 BÀI GIẢNG SỐ I SỐ TIẾT: 05 TÊN BÀI GIẢNG: Chương Q trình đặc II MỤC TIÊU: Sinh viên nắm vững phương pháp tính tốn chất q trình đặc nhiều nồi… III ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIẢNG DẠY: Giáo trình Quá trình thiết bị Truyền nhiệt Tài liệu tham khảo: Các QT&TB CNHH&TP – Tập – Phạm Xuân Toản Máy chiếu overhead projector IV NỘI DUNG BÀI GIẢNG Cô đặc nhiều nồi 3.1 Xuôi chiều (30 phút) Nguyên tắc cô đặc ba nồi xuôi chiều gần cô đặc nồi Dung dịch đưa vào nồi tiếp tục chuyển sang nồi sang nồi nhờ chênh lệch áp suất nồi Còn đốt vào phịng đốt nồi để đun sơi dung dịch Hơi thứ bay lên nồi đưa vào phòng đốt nồi 2, thứ bay lên nồi đưa vào phòng đốt nồi thứ bay lên nồi đưa sang thiết bị ngưng tụ barômét, điều thực nhiệt độ sơi dung dịch giảm dần từ nồi đầu tới nồi cuối áp suất nồi giảm dần từ nồi đầu tới nồi cuối dung dịch tự chảy dần từ nồi đầu tới nồi cuối Dung dịch nồi cuối đưa ngồi có nồng độ đậm đặc theo yêu cầu gọi sản phẩm 28 Ưu điểm: cô đặc nhiều nồi xuôi chiều dung dịch tự chảy từ nồi đầu tới nồi cuối không cần bơm vận chuyển Nhược điểm: Do nhiệt độ dung dịch nồi giảm dần, nồng độ dung dịch lại tăng dần từ nồi đầu tới nồi cuối, làm độ nhớt dung dịch tăng, kết làm hệ số truyền nhiệt giảm dần từ nồi đầu đến nồi cuối 3.2 Xuôi chiều (30 phút) Sơ đồ hệ thống nồi cô đặc ngược chiều: Hơi đốt có nhiệt độ cao vào nồi để đun sôi dung dịch, thứ bay lên nồi di chuyển giống cô đặc nhiều nồi xi chiều, cịn dung dịch ban đầu vào nồi vận chuyển dần tới nồi nhờ bơm Vì áp suất nồi trước lớn nồi sau, dung dịch khơng tự chảy từ nồi cuối đến nồi đầu Với hệ thống cô đặc ngược chiều nhiệt độ dung dịch nồi giảm dần từ nồi đầu tới nồi cuối, nồng độ dung dịch lại tăng dần từ nồi cuối đến nồi đầu, độ nhớt dung dịch thay đổi không đáng kể, kết hệ số truyền nhiệt nồi không đổi Ưu điểm: Cơ đặc dung dịch có độ nhớt lớn tới nồng độ cuối cao, nồi cuối lượng nước bay nhỏ lượng nước sử dụng cho thiết bị ngưng tụ barômét nhỏ Nhược điểm: Tốn nhiều lượng để vận chuyển chất lỏng từ nồi cuối đến nồi đầu Thiết bị cô đặc 4.1 Thiết bị có ống tuần hồn trung tâm (30 phút) Cấu tạo: Thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm hình 3.6: phần thiết bị phịng đốt 1, phịng đốt gồm có ống truyền nhiệt ống tuần hoàn trung tâm tương đối lớn, phần phòng bốc 4, phịng bốc có phận tách giọt có tác dụng tách giọt chất lỏng thứ theo 29 Nguyên lý làm việc : Dung dịch đưa vào đáy phòng bốc chảy ống truyền nhiệt ống trung tâm, đốt đưa vào phòng đốt khoảng ống vỏ, dung dịch đun sôi tạo thành hỗn hợp lỏng ống truyền nhiệt làm khối lượng riêng dung dịch giảm chuyển động từ lên miệng ống, cịn ống tuần hồn thể tích dung dịch theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn so với ống truyền nhiệt lượng tạo khối lượng riêng hỗn hợp lỏng lớn ống truyền nhiệt chất lỏng di chuyển từ xuống vào ống truyền nhiệt lên trở lại ống tuần hồn tạo lên dịng tuần hồn tự nhiên Tại bề mặt thoáng dung dịch phòng bốc, thứ tách khỏi dung dịch bay lên qua phận tách giọt Bộ phận tách giọt có tác dụng giữ lại giọt chất lỏng thứ theo chảy trở đáy phịng bốc, cịn dung dịch có nồng độ tăng dần Tốc độ tuần hồn lớn hệ số cấp nhiệt phía dung dịch tăng q trình đóng cặn bề mặt giảm Tại bề mặt thống dung dịch phịng bốc, thứ tách khỏi dung dịch bay lên qua phận tách giọt Bộ phận tách giọt có tác dụng giữ lại giọt chất lỏng thứ theo chảy trở đáy phịng bốc, cịn dung dịch có nồng độ tăng dần Tốc độ tuần hoàn lớn hệ số cấp nhiệt phía dung dịch tăng q trình đóng cặn bề mặt giảm Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản dễ sửa chữa làm Nhược điểm: Tốc độ tuần hoàn giảm ống tuần hồn bị đốt nóng 4.2 Thiết bị có buồng đốt ngồi 4.2.1 Thiết bị đặc có phịng đốt ngồi kiểu đứng (20 phút) Cấu tạo : gồm phòng đốt 1, buồng bốc 2, ống dẫn 3, ống tuần hoàn Nguyên lý làm việc: Thiết bị đặc có buồng đốt ngồi kiểu đứng Dung dịch vào phòng đốt đun sôi tạo thành hỗn hợp lỏng qua ống vào phòng bốc hơi, thứ tách lên phía trên, dung dịch cịn lại phịng đốt theo ống tuần hồn Các ống 30 truyền nhiệt làm dài đến 7m nên cường độ tuần hồn lớn, cường độ bốc lớn 4.2.2 Thiết bị đặc có phịng đốt ngồi nằm ngang (25 phút) Cấu tạo: Thiết bị đặc có buồng đốt ngồi nằm ngang gồm phòng đốt thiết bị truyền nhiệt ống chữ U phòng bốc 2, phận thu giọt lỏng tách giọt Nguyên lý làm việc: Dung dịch đưa vào thiết bị liên tục vào ống truyền nhiệt chữ U từ trái sang phải nhánh lên nhánh lại chảy phịng bốc trạng thái sơi, dung mơi tách khỏi dung dịch bay lên qua phận tách giọt ngồi, cịn nồng độ dung dịch tăng dần Phòng đốt đặt lên xe nhỏ Ưu điểm: Phịng bốc tách khỏi phòng đốt dễ dàng để làm sửa chữa Nhược điểm: Cồng kềnh, cấu tạo phức tạp 4.3 Thiết bị tuần hoàn cưỡng (30 phút) Cấu tạo: Thiết bị đặc tuần hồn cưỡng gồm phịng đốt 1, phịng đốt có ống truyền nhiệt, phía phịng bốc 2, phịng bốc có phận tách giọt 6, bên ngồi thiết bị có ống tuần hồn ngồi bơm tuần hoàn Nguyên tắc làm việc: Dung dịch đưa vào phòng đốt liên tục bơm tuần hoàn ống trao đổi nhiệt lên phòng bốc, đốt đưa vào phòng đốt khoảng ống truyền nhiệt với vỏ để đun sôi dung dịch ống truyền nhiệt Tại bề mặt thống dung dịch phịng bốc dung mơi tách bay lên qua phận tách giọt ngưng tụ ngồi, dung dịch cịn lại đậm đặc trở ống tuần hoàn trộn lẫn với dung dịch đầu vào phòng đốt Khi dung dịch đạt u cầu ta ln 31 ln lấy phần đáy phòng bốc làm sản phẩm Tốc độ dung dịch ống truyền nhiệt khoảng từ 1,5 đến 3,5 m/s hệ số cấp nhiệt lớn tuần hoàn tự nhiên từ đến lần làm việc điều kiện nhiệt độ hữu ích nhỏ từ đến độ cường độ tuần hồn phụ thuộc vào suất bơm Ưu điểm: Năng suất cao đặc dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần hồn tự nhiên khó thực Nhược điểm: Tốn nhiều lượng cung cấp cho bơm Bài tập (45 phút) Tổng kết chương (15 phút) V TỔNG KẾT BÀI Bài học cho ta đại lượng tính tốn đặc nồi, bước ban đầu làm sở cho trình cô đặc phức tạp VI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ Trình bày cấu tạo loại nồi đặc So sánh q trình đặc nhiều nồi xuôi chiều ngược chiều VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 04 tháng 06 năm 2008 Tổ môn duyệt Giáo viên Phạm Đình Đạt 32 BÀI GIẢNG SỐ I SỐ TIẾT: 05 TÊN BÀI GIẢNG: Chương Kỹ thuật lạnh II MỤC TIÊU: Sinh viên nắm vững tính chất cung yêu cầu số tác nhân lạnh phổ biến phạm vi sử dụng chúng III ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIẢNG DẠY: Giáo trình Quá trình thiết bị Truyền nhiệt Tài liệu tham khảo: Các QT&TB CNHH&TP – Tập – Phạm Xuân Toản Máy chiếu overhead projector IV NỘI DUNG BÀI GIẢNG Chương Kỹ thuật lạnh Khái niệm (45 phút) Quá trình làm lạnh cần cung cấp cơng từ bên ngồi để vận chuyển nhiệt lượng từ mơi trường có nhiệt độ thấp đến mơi trường có nhiệt độ cao Đây vấn đề mấu chốt mà thiết bị lạnh phải giải lẽ tự nhiên nhiệt di chuyển từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp (như chuyện nước chảy từ xuống, để làm ngược lại, nghĩa cho nước chuyển động từ thấp lên cao ta phải cung cấp cho lượng lượng bơm cung cấp) Tương tự thế, máy lạnh, nhiệt lượng vận chuyển theo chiều ngược lại, từ mơi trường có nhiệt độ nhỏ môi trường xung quanh Đoạn nhiệt thuật ngữ dùng để trường hợp mà chất môi giới mơi trường khơng có trao đổi nhiệt Như vậy, hệ thống này, trình hoạt động chất mơi giới hịan tồn khơng có q trình nhả nhiệt môi trường không nhận nhiệt từ môi trường Để đánh giá hiệu máy làm lạnh người ta đưa khái niệm hệ số làm lạnh: tỷ số lượng nhiệt mà môi chất nhã Chất môi giới chất trung gian thực biến đổi chuyển tải lượng hệ thống lạnh Đây thành phần quan trọng thiếu máy làm lạnh Về nguyên tắc ta gặp chất mơi giới trạng thái rắn, lỏng, khí Tuy nhiên hầu hết trường hợp, Ta thường gặp chất mơi giới trạng thái khí 33 Trong q trình tính tóan tóan lạnh ta thường gặp khái niệm enthalpy Về mặt ý nghĩa vật lý, hầu hết trường hợp enthalpy mang ý nghĩa lượng Đơn vị enthalpy giống đơn vị nội dạng lượng khác Đối với máy lạnh, ngồi hệ số làm lạnh người ta cịn đánh giá mức độ sinh lạnh hệ thống lạnh suất lạnh Năng suất lạnh lượng nhiệt mà hệ thống nhận vào từ mơi trường cần làm lạnh đơn vị thời gian Đơn vị suất lạnh kj/h, kcal/h Btu/h hay kW Tác nhân lạnh, chất tải lạnh, môi trường lạnh 2.1 Tác nhân lạnh 2.1.1 Yêu cầu chung lịch sử hình thành tác nhân lạnh (30 phút) Tác nhân lạnh chất môi giới thiếu máy làm lạnh, chất khiết có đặc tính nhiệt động tính chất lý hóa thích hợp Các tác nhân lạnh cần thỏa yêu cầu sau: Không dễ cháy nổ, không gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người Không ăn mòn kim lọai vật liệu khác hệ thống lạnh, có tính bền vững hóa học phạm vi áp suất nhiệt độ làm việc Nên có mùi màu sắc đặc trưng để dễ phát bị rị rĩ, khơng nên dẫn điện để sử dụng máy nén kín nửa kín Có khả tan nước để tránh tượng đóng băng gây tắc nghẽn hệ thống Nên có khả hịa tan dầu bơi trơn mức độ hợp lý Rẽ tiền, dễ kiếm, vận chuyển bảo quản dễ dàng Áp suất tương ứng với nhiệt độ môi trường xung quanh không q cao để khơng gây khó khăn tốn thiết kế thiết bị liên quan hệ thống Áp suất tương ứng với q trình sơi thiết bị bay không nên nhỏ Năng suất lạnh riêng thể tích lớn tốt, thiết bị hệ thống gọn nhẹ An nhiệt hóa lớn làm cho lượng tác nhân lạnh làm việc hệ thống giảm Độ nhớt động học nên nhỏ để giảm bớt tổn thất áp suất đường ống van Hệ số dẫn nhiệt hệ số tỏa nhiệt đối lưu lớn tốt 34 Nhiệt dung riêng thể lỏng nên có giá trị nhỏ để giảm lượng nhiệt cần thiết cần thực trình lạnh sau ngưng tụ Nhiệt độ động đặc phải thấp nhiệt độ bay đáng kể nhiệt độ tới hạn phải khác xa nhiệt độ ngưng tụ 2.1.2 Nguyên tắc ghi công thức fréon (30 phút) fréon dẫn xuất halogen hydrocacbon no (CnH2n + 2) nguyên tử H thay hoàn toàn phần nguyên tử clo, brôm flo Công thức tổng quát fréon có dạng: Cn Hx Fy Clz Bru Trong đó: x + y + z + u = 2n + Trong kỹ thuật người ta kí hiệu fréon F-N hay R-N (như R-11 F-11) Chỉ số F hay R fréon N để chất gốc dẫn xuất số nguyên tử fréon, gồm chữ số Một hai chữ số để từ bên trái sang dẫn xuất gốc Số nguyên tử flo cứa fréon ghi phía bên phải số dầu, khơng có ghi số Số nguyên tử clo ghi vào cho đủ hóa trị hydro hdrocacbon no Khi fréon có chứa nguyên tử brơm viết chữ Br sau chữ số cuối số ngun tử brơm có chứa fréon 2.1.3 Đặc tính số tác nhân lạnh (45 phút) Amoniac NH3: sử dụng nhiều máy lạnh có máy nén lạnh pittơng Amoniac có số đặc tính kỹ thuật quan trọng sau: Nhiệt độ đóng băng -750C Thể tích riêng vùng nhiệt độ bay tương đối nhỏ nên giảm kích thước máy nén, đặc biệt máy nén pittơng Có mùi hắc khó chịu nên dễ dàng phát bị rị rĩ Ít tan dầu bơi trơn nên ảnh hưởng đến q trình bơi trơn chất lượng tác nhân, khơng có tác dụng ăn mịn thép, lẫn nước ăn mòn kẽm, đồng thau hợp kim đồng khác Nhược điểm amoniac độc hại sức khỏe người, với nồng độ định bắt lửa, gây cháy nổ, khơng an tồn R-11: có đặc điểm sau Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ sôi R-11 23,70C 35 Tính bền vững hóa học khơng cao, khơng tan nước có khả tan dầu, khơng ăn mịn kim loại Thích hợp cho bơm nhiệt thiết bị điều tiết khơng khí R-12: có tính chất sau Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ sôi R-22 -29,80C Không gây cháy nổ, không độc hại thể người, khơng ăn mịn kim loại khơng dẫn điện Nhiệt độ cuối tầm nén thấp Vận hành bảo quản dễ dàng Nhược điểm R-12 là: suất lạnh riêng khối lượng tương đối bé, khối lượng tác nhân lạnh nạp vào hệ thống nhiều R-12 thích hợp hệ thống lạnh có suất lạnh nhỏ Năng suất lạnh riêng thể tích nhỏ, hệ thống làm việc với R-12 thường cồng kềnh Tính chất trao đổi nhiệt hệ số tỏa nhiệt sôi ngưng bé Độ nhớt động học cao nên tổn thất áp suất đường ống tương đối lớn Hồn tồn khơng hịa tan nước Có khả hịa tan dầu cao Chính điều lại dễ dàng dễ phát bị rị rĩ chổ rị rĩ có vết dầu xuất R-22: Có tính chất sau: Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ sôi R-22 - 40,80C Năng suất lạnh riêng thể tích lớn 1,6 lần so với R-12 Do nạp fréon 22 vào máy nén sử dụng fréon 12 để gia tăng suất lạnh công suất động độ bền máy cho phép Khả trao đổi nhiệt lớn 1,3 lần so với R-12 Mức độ hòa tan với nước cao khoảng lần so với R-12, giảm bớt nguy bị tắc ẩm, bền mặt hóa học phạm vi áp suất nhiệt độ làm việc Nhược điểm R22: tính hịa tan dầu hạn chế nên gây khó khăn cho việc bơi trơn Trong khoảng nhiệt độ -200 đến -400C gần hoàn toàn khơng hịa tan dầu Do tránh hoạt động nhiệt độ Có khả làm trương phồng cao su nên phải dùng loại đệm chuyên dùng để bích kín 2.2 Chất tải lạnh (30 phút) 36 Trong kỹ thuật lạnh, muốn tải lạnh từ nơi phát sinh tới nơi tiêu thụ phải sử dụng nhữnh chất tải lạnh Chất lạnh dạng (khí), lỏng rắn Trong q trình làm việc, chất tải lạnh biến đổi enthalpy mà không biến đổi pha Những yêu cầu chất tải lạnh: Nhiệt độ đóng băng thấp, độ nhớt nhỏ để giảm tổn thất thủy lực đường ống Nhiệt dung riêng lớn để giảm lưu lượng chất tải lạnh Kém ăn mòn kim loại màu kim loại đen, bền vững hóa học điều kiện làm việc Không độc, không gây cháy nổ bắt lửa Dễ kiếm, dễ bảo quản, rẻ tiền dễ vận hành 2.3 Môi trường lạnh (15 phút) Là chất tiếp xúc hay bao quanh vật phẩm làm lạnh Trong trình làm lạnh ổn định nhiệt độ mơi trường lạnh phải ổn định, không đổi Môi trường làm lạnh thường không khí, nước, dung dịch muối , … Chu trình làm việc số thiết bị làm lạnh 3.1 Máy nén lạnh cấp (30 phút) Về nguyên tắc hệ thống gồm phận chính: van tiết lưu 1, dàn bay (hay dàn bốc hơi, dàn lạnh), máy nén 3, dàn ngưng tụ (hay bình ngưng tụ, dàn nóng) Tác nhân lạnh sau khỏi bình ngưng trạng thái đưa vào van tiết lưu để giảm áp, tác nhân lạnh sau khỏi van trạng thái trạng thái lỏng (có thể lỏng hơi) nhiệt độ thấp Tác nhân lạnh tiếp tục vào phòng bốc hơi, nhận nhiệt sản phẩm chuyển pha Lúc nhiệt độ tác nhân không đổi enthalpy tăng chuyển thành trạng thái Hơi trạng thái máy nén hút lên nén điều kiện đẳng entrôpy để biến đổi trạng thái 2, trình ngưng tụ bình ngưng làm biến đổi từ trạng thái đến chu trình lặp lặp lại liên tục tạo thành vùng khép kín V TỔNG KẾT BÀI 37 Bài học cho ta hiểu rõ thêm vai trò ý nghĩa số tác nhân thường sử dụng hệ thống lạnh, thông số tính tốn q trình lạnh, từ tới tính tốn q trình lạnh VI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ Trình bày tính chất số tác nhân lạnh Phân biệt chất tải lạnh tác nhân lạnh VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 04 tháng 06 năm 2008 Tổ mơn duyệt Giáo viên Phạm Đình Đạt 38 BÀI GIẢNG SỐ I SỐ TIẾT: 05 TÊN BÀI GIẢNG: Chương Kỹ thuật lạnh II MỤC TIÊU: Sinh viên nắm vững phương pháp tính tốn chất, thông số kỹ thuật lạnh III ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIẢNG DẠY: Giáo trình Quá trình thiết bị Truyền nhiệt Tài liệu tham khảo: Các QT&TB CNHH&TP – Tập – Phạm Xuân Toản Máy chiếu overhead projector IV NỘI DUNG BÀI GIẢNG 3.2 Máy nén lạnh hai cấp (45 phút) Trong thực tế thường yêu cầu làm lạnh nhiệt độ thấp trình cấp đông Áp suất tác nhân ứng với trình sơi bình bốc giảm xuống thấp Điều làm gia tăng tỷ số nén làm giảm hiệu máy nén loại thể tích, đặc biệt loại máy nén pittơng Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng máy nén nhiều cấp mà thực tế cấp đủ Trạng thái 3’ từ bình trung gian máy nén cao áp với lưu lượng Gx Lỏng trạng thái sau qua van tiết lưu trạng thái 6’, bình bốc nhận nhiệt vào máy nén thấp áp trạng thái 1’ Từ xi lanh hạ áp, trạng thái cho qua giải nhiệt để tiến đến trạng thái Tại đầu vào máy nén cao áp xảy hòa trộn trạng thái trạng thái 3’ Hổn hợp sau hòa trộn có trạng thái 3’’ vào máy nén cao áp với lưu lượng G Tính tốn số thông số quan trọng cho máy lạnh (45 phút) Xét chu trình lạnh cấp Cơng cần cung cấp cho chu trình: A = G0 (i2 - i1’), kj/h 39 Nhiệt lượng mà tác nhân lạnh nhận qua bình bốc (năng suất lạnh riêng) q0 = i1’ - i5 Năng suất lạnh tác nhân Q0 = G0 (i1’ - i5 ) Nhiệt tải thiết bị ngưng tụ Qc = G0 ( i2 - i4 ) Hệ số làm lạnh chu trình Q i1/ i A i i1/ Bài tập (45 phút) Ứng dụng 5.1 Ứng dụng lạnh công nghiệp chế biến thực phẩm 5.1.1 Lạnh đông thực phẩm (15 phút) Sau kết đơng, sản phẩm đóng gói bảo quản kho lạnh chế biến nhiệt độ từ -24 đến -300C Sau chúng đưa đến kho lạnh bảo quản xe lạnh đông Từ kho lạnh bảo quản chúng xe lạnh đưa đến kho lạnh phân phối từ chúng lại xe lạnh đưa tới siêu thị, nhà hàng, … 5.1.2 Sản xuất kem công nghiệp (15 phút) Đối với qui trình sản xuất kem vấn đề lạnh khâu quan trọng Sau cân, đo, chuẩn bị nguyên liệu xong chúng hạ nhiệt độ xuống khoảng đến 40C trước đưa vào bồn ủ cho chín tới Trong máy lạnh đơng, hỗn hợp nhào trộn kết đông đồng thời nhiệt độ giảm đến -50C Tiếp theo hỗn hợp đưa rót vào bì, đóng gói mang kết đông, nhiệt độ kem lúc khoảng -8 -200 C 5.1.3 Sản xuất bia (15 phút) Trong q trình sản xuất bia, có nhiều cơng đoạn phải cần nhiệt độ thấp.Trong phần xét đến ứng dụng lạnh trình lên men bia Trong trình lên men, đường chuyển hóa chủ yếu thành rượu CO2 đồng thời toả lượng nhiệt lên men Nhiệt lên men thải ngồi qua dàn lạnh khơng khí phịng, thải trực tiếp qua dàn ống xoắn bố trí bể lên men áo tăng có nước lạnh, nước muối lạnh glycol nhiệt độ khoảng -30C 40 5.2 Tủ lạnh gia đình (15 phút) Tủ lạnh gia đình dùng để bảo quản ngắn hạn thực phẩm thức ăn dễ bị ôi thiu hư hỏng hàng ngày gia đình Trong giàn bay hơi, mơi chất lạnh sơi áp suất thấp nhiệt độ thấp để thu nhiệt môi trường cần làm lạnh Hơi sinh từ dàn bay máy nén hút về, nén lên áp suất cao đẩy dàn ngưng tụ Ở dàn ngưng nóng thải nhiệt mơi trường ngưng lại thành lỏng Lỏng chảy qua ống mao để vào dàn bay Do tiết diện ống mao nhỏ nên gây tượng tiết lưu cho lỏng chảy qua Lỏng biến đổi từ áp suất cao, nhiệt độ cao sang áp suất thấp nhiệt độ thấp 5.3 Sản xuất đá công nghiệp (15 phút) Thông thường thời gian để sản xuất mẻ đá vào khỏang 18 - 24h Khi đá đạt yêu cầu, linh đá lấy lên nhờ tời điện Các linh đá ln bị dồn phía trước nên phía sau trống chổ, linh đá vừa tháo tiếp tục cho quay đầu lại chổ cho chổ trống vừa tạo 5.4 Điều hịa khơng khí (15 phút) Điều hịa khơng khí hiểu làm lạnh khơng khí điều kiện nhiệt độ khơng khí cao hệ thống lạnh quan trọng điều hịa khơng khí I TỔNG KẾT BÀI Bài học cho ta ứng dụng kỹ thuật lạnh sản xuất đời sống sinh hoạt ngày II CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ Trình bày ứng dụng kỹ thuật lạnh sản xuất công nghiệp Cho biết sở để tính tốn hệ thống lạnh III RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 04 tháng 06 năm 2008 Tổ môn duyệt Giáo viên Phạm Đình Đạt 41