phúc trình thí nghiệm quá trình thiết bị bài đối lưu nhiệt

Thí nghiệm đối lưu tự nhiên trên bề mặt phẳng: - Đo kích thước bề mặt trao đổi nhiệt - Lắp bộ trao đổi nhiệt cĩ bề mặt phẳng vào thiết bị thí nghiệm TBTN.Gắn cẩn thận cặp nhiệt điện ST-8

Trang 1

Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh

Trường Đại học Bách Khoa

Khoa Kỹ thuật Hóa học

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Phúc trình thí nghiệm

Quá trình & Thiết bị

BÀI ĐỐI LƯU NHIỆT

Trang 2

Năm học: 2022-2023

MỤC LỤC

1 TRÍCH YẾU: 3

1.1 Mục đích thí nghiệm: 3

1.2 Phương pháp thí nghiệm: 3

2 LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: 3

2.1 Nghiền: 3

2.2 Rây: 6

2.3 Trộn: 8

3 DỤNG CỤ – THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: 10

3.1 Thí nghiệm nghiền: 10

3.2 Thí nghiệm rây 10

3.3 Thí nghiệm trộn 11

4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 11

4.1 Kết quả số liệu thí nghiệm thơ 11

4.1.1 Thí nghiệm nghiền 11

4.1.3 Thí nghiệm trộn 12

4.2 Xử lí số liệu 12

4.2.1 Các cơng thức tính tốn 12

4.2.2 TN xác định hiệu suất rây 14

4.2.3 Xác định sự phân bố kích thước hạt sau khi nghiền 17

5 BÀN LUẬN 20

6 TÀI LIỆU THAM KHẢO : 23

Trang 3

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM NGHIỀN-RÂY-TRỘN

1 TRÍCH YẾU:

1.1 Mục đích thí nghiệm:

- Làm quen với cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị và phương pháp thí nghiệm

- Tính tốn, so sánh hệ số truyền nhiệt h, giữa lý thuyết và thực nghiệm

- Chứng minh mối quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt và vận tốc của khơng khí

- Tính tốn và so sánh hiệu quả của các loại thiết bị trao đổi nhiệt

- Nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ dọc theo các bề mặt cĩ các cánh tản nhiệt và xác định mối quan hệ giữa vận tốc khơng khí với gradien nhiệt độ trong cánh tản nhiệt

1.2 Phương pháp thí nghiệm:

1.2.1 Thí nghiệm đối lưu tự nhiên trên bề mặt phẳng:

- Đo kích thước bề mặt trao đổi nhiệt

- Lắp bộ trao đổi nhiệt cĩ bề mặt phẳng vào thiết bị thí nghiệm (TBTN) Gắn cẩn thận cặp nhiệt điện (ST-8) vào bộ trao đổi nhiệt và các cặp nhiệt điện khác vào các vị trí trên thân TBTN

- Kết nối thiết bị trao đổi nhiệt với bộ điều khiển và sẽ được kết nối với giao diện hoặc bảng điều khiển thơng qua các cảm biến và cơ cấu chấp hành

- Bật cơng tắc (ON) trên bộ điều khiển TSTCC

- Trên màn hình máy tính chọn phần mềm TSTCC, trong SELECT UNIT chọn TXC-FF

- Chọn (START), quan sát (INTERFACE ON) sẽ bật sáng

- Sau đĩ xoay nút AR-1 (%) để bật điện trở và cài đặt tương ứng (%) cơng suất của điện trở với giá trị là 20%

LƯU Ý: - Các khoảng giá trị này tối đa là 50-60% trong AR-1, vì nhiệt tản ra khá nhỏ trong các thiết bị trao đổi bề mặt phẳng

-Vì đây là quá trình đối lưu tự nhiên nên quạt phía trên phải khơng hoạt động tức là nút AVE-1(%) phải ở giá trị 0

- Theo dõi nhiệt độ thay đổi trên SINGLE GRAPH; chờ hệ thống ổn định và khi nhiệt độ ổn định, ghi lại các giá trị nhiệt độ (ANALOG SENSORS), cơng suất của điện trở (SW-1) tương ứng

- Lặp lại thí nghiệm với các giá trị cài đặt mới của AR-1 (%) là 30,40,50,60% (tương ứng cơng suất của điện trở) trong khi tốc độ của quạt bằng 0

- Sau khi hồn tất TN, xoay nút AR-1(%) về 0 để tắt điện trở gia nhiệt ở bộ trao đổi nhiệt và chờ nhiệt độ (ST-8) trở về nhiệt độ mơi trường, để nhiệt độ giảm nhanh cĩ thể xoay nút AVE-1 (%) bật thêm quạt

1.2.2 Thí nghiệm đối lưu cưỡng bức trên bề mặt phẳng:

- Xoay nút AVE-1 (%) để bật quạt và cài đặt tốc độ quạt tương ứng % cơng suất của quạt với giá trị cố định là 100%; lúc này lưu lượng dịng khí trong TBTN

- Sau đĩ xoay nút AR-1 (%) để bật điện trở và cài đặt tương ứng % cơng suất của điện trở với giá trị là 20%

Trang 4

- Theo dõi nhiệt độ thay đổi trên SINGLE GRAPH; chờ hệ thống ổn định và khi nhiệt độ ổn định, ghi lại các giá trị nhiệt độ (ANALOG SENSORS), công suất của điện trở (SW-1) tương ứng và lưu lượng của dòng không khí (SC-1)

- Lặp lại TN với các giá trị cài đặt mới của AR-1 (%) là 25, 30, 35 ., và 50% trong khi tốc độ của quạt được giữ không đổi

- Sau khi đã hoàn tất TN, xoay nút AR-1 (%) về 0 để tắt điện trở gia nhiệt ở bộ trao đổi nhiệt và chờ nhiệt độ ( ST-8 ) trở về nhiệt độ môi trường

- Xoay nút AVE-1 (%) về vị trí 0 để tắt quạt

1.2.3 Thí nghieäm hiệu suất của quá trình đối lưu cưỡng bức trên bề mặt

phẳng:

- Xoay nút AVE-1 (%) để bật quạt và cài đặt tốc độ quạt tương ứng % công suất của quạt với giá trị cố định là 20%

- Sau đó xoay nút AR-1 (%) để bật điện trở và cài đặt giá trị là 20%.tương ứng công suất của điện trở (SW-1)

- Lặp lại TN với các giá trị cài đặt mới AVE-1 là 30, 40, ., và 100% trong khi công suất của điện trở được giữ không đổi,

- MỞ RỘNG: Có thể lập lại TN với giá trị mới của công suất điện trở AR-1 là

30, 40, 50% ) 6 Sau khi đã hoàn tất TN, xoay nút cài đặt công suất của điện trở AR-1 (%) về 0 và chờ nhiệt độ ở bộ trao đổi nhiệt (ST-8 ) trở lại nhiệt độ môi trường

- Nhấn nút (STOP) trên màn hình

- Tắt công tắc ( OFF ) trên bộ điều khiển

1.2.4 Thí nghieäm hiệu suất của quá trình đối lưu cưỡng bức của bộ trai đổi

nhiệt bề mặt có các cánh tản nhiệt dạng tấm:

- Tháo các cặp nhiệt điện ra khỏi thân TBTN ( giữ nguyên ST-1, ST-7)

- Tháo bộ trao đổi nhiệt phẳng ra khỏi thân TBTN và dây kết nối ra khỏi với bộ điều khiển Lưu ý: mỗi lần tháo lắp các chi tiết này thật cẩn thận: không làm rớt, không để các dây nối bị gập, xoắn và gãy

- Lắp bộ trao đổi nhiệt bề mặt có các thanh tản nhiệt hình trụ vào TBTN Gắn cẩn thận cặp nhiệt điện (ST-8) vào bộ trao đổi nhiệt và các cặp nhiệt điện khác vào các vị trí trên thân TBTN (xem sơ đồ ở hình 8 hay ở mặt trước TBTN )

- Kết nối thiết bị với giao diện hoặc bảng điều khiển thông qua các cảm biến và

cơ cấu chấp hành Phần mềm TXC-FF hoặc bảng điều khiển, tương ứng, có thể được kích hoạt ngay bây giờ

- Bật công tắc (ON) trên bộ điều khiển TSTCC.

- Trên màn hình máy tính chọn phần mềm TSTCC, trong SELECT UNIT chọn TXC-FF

- Xoay nút AVE-1 (%) để bật quạt và cài đặt tốc độ quạt tương ứng % công suất của quạt ở giá trị cố định là 20%

- Sau đó xoay nút AR-1 (%) để bật điện trở và cài đặt giá trị là 20%tương ứng công suất của điện trở (SW-1)

Trang 5

- Lặp lại TN với các giá trị cài đặt mới của công suất của quạt AVE-1 là 30, 40, , và 100% trong khi công suất của điện trở được giữ không đổi 20%

(MỞ RỘNG : có thể lập lại TN với giá trị mới của công suất điện trở AR-1 là 30, 40, 50% )

- Sau khi đã hoàn tất TN, xoay nút cài đặt công suất của điện trở AR-1 (%) về 0

và chờ nhiệt độ ở bộ trao đổi nhiệt ( ST-8 ) trở lại nhiệt độ môi trường

Trang 6

2 DỤNG CỤ – THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:

2.1 Mô tả:

Thiết bị thí nghiệm ( TBTN ) bao gồm:

- Một ống dẫn hình chữ nhật bằng thép không gỉ được gắn trên một khung bằng nhôm anốt hóa

- Ba bộ trao đổi nhiệt có các bề mặt trao đổi nhiệt khác nhau bao gồm:

 Bộ trao đổi nhiệt có bề mặt phẳng

 Bộ trao đổi nhiệt bề mặt có các cánh tản nhiệt dạng tấm

 Bộ trao đổi nhiệt bề mặt có các thanh tản nhiệt hình trụ

Mỗi bộ trao đổi có bộ phận làm nóng để gia nhiệt và có thể được gắn trong ống dẫn hình chữ nhật để sử dụng độc lập trên TBTN Khi nhiệt độ bên trong điện trở ( đo bằng ST-8 ) vượt quá 110°C thì hệ thống an toàn sẽ tự ngắt điện trở

- Một cặp nhiệt điện được gắn trên đế của bộ trao đổi nhiệt để kiểm soát nhiệt

độ đạt được

- Bộ trao đổi nhiệt có thể được quan sát thông qua cửa sổ làm bằng PMMA nằm

ở phía bên hông của TBTN

- Một quạt được đặt ở phía trên TBTN cho phép kiểm soát dòng không khí đi qua

- Dòng không khí đi lên qua ống dẫn hình chữ nhật có thể thay đổi lưu lượng bằng cách điều chỉnh tốc độ quạt gắn ở phía trên TBTN Dòng không khí này được đo bằng cảm biến lưu lượng đặt tại mặt dưới của ống dẫn hình chữ nhật, lưu lượng không khí đảm bảo được phân phối đồng đều trong khu vực trao đổi nhiệt

- Hai cặp nhiệt điện đo nhiệt độ không khí tại đầu vào và đầu ra của vùng trao đổi nhiệt

- Nhiệt độ ở các khoảng cách khác nhau từ gốc của thanh tản nhiệt hình trụ và cánh tản nhiệt dạng tấm của bộ trao đổi được đo bằng năm cặp nhiệt điện khác được gắn vào từ phía trước của TBTN Các vị trí đo này ( ST1 – ST8 ) cho phép quan sát các độ dốc nhiệt độ theo hướng dọc của các bộ trao đổi và theo hướng chuyển động của dòng không khí

- Một giao diện trong TXC-FF sẽ nhận tín hiệu của tất cả các cặp nhiệt điện và cảm biến lưu lượng, cung cấp đầu ra qua máy tính của tất cả các phép đo

- Nguồn điện cung cấp, quạt, bộ phận làm nóng và nhiệt độ tại bộ trao đổi nhiệt được điều khiển thông qua phần mềm SCADA TXC-FF

- Việc cung cấp điện cho toàn bộ thiết bị được thực hiện thông qua kết nối của giao diện điều khiển với nguồn điện

3.2 Thông số kỹ thuật

Khung được làm bằng nhôm anốt đảm bảo độ ổn định tốt và khả năng chống lại môi trường

- Ống dẫn hình chữ nhật bằng thép không gỉ dài 700 mm, được sơn chống ăn mòn

- Cửa quan sát làm bằng PMMA cho phép quan sát quá trình trao đổi nhiệt đang thí nghiệm

- Phía dưới có tấm PVC đục lỗ để đảm bảo dòng không khí được phân phối đồng đều

Trang 7

- Cặp nhiệt điện loại J.

- Nhiệt độ làm việc tối đa: 150°C

- Cảm biến lưu lượng Phạm vi: 0-72 m3/h

- Bộ trao đổi nhiệt có bề mặt làm bằng nhôm,

- Bộ phận làm nóng có công suất 150W

- Quạt hướng trục có thể điều khiển tốc độ Phạm vi: 0-72 m3/h

- Nguồn điện: 220-110 V/50-60 Hz

3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

3.1 Kết quả số liệu thí nghiệm thô

3.1.1 Thí nghiệm đối lưu tự nhiên trên bề mặt phẳng

Bảng 1: Kết quả thí nghiệm đối lưu tự nhiên trên bề mặt phẳng

BẢNG 1: ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN TRÊN BỀ MẶT PHẲNG

BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT BỀ MẶT PHẲNG

A flat =

AVE -1: 0%

Quạt

3.1.2 Thí nghiệm đối lưu cưỡng bức trên bề mặt phẳng

Bảng 2: Kết quả thí nghiệm đối lưu cưỡng bức trên bề mặt phẳng

A flat =

AVE -1: 0%

Trang 8

3.1.3 Thí nghiệm hiệu suất của quá trình đối lưu cưỡng bức trên bề mặt phẳng

Bảng 3: Bảng ghi kết quả đo thí nghiệm 3

A flat =

AVE -1: 0%

3.1.4 Thí nghiệm hiệu suất của quá trình đối lưu cưỡng bức của bộ trao đổi

nhiệt bề mặt có các cánh tản nhiệt dạng tấm

Bảng 4: Bảng ghi kết quả đo thí nghiệm 4

A flat =

AVE -1: 0%

Quạt

Trang 9

3.2 Các bảng kết quả tính toán

3.3 Đồ thị

4 BÀN LUẬN

Câu 1: Nhận xét về các mối quan hệ trong các đồ thị trên

Câu 2 Nhận xét mức tin cậy của kết quả và các nguyên nhân của sai số

Câu 3 Nhận xét về hệ số truyền nhiệt trong trường hợp đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức

trong thiết bị TN tăng lên?

nào giữa các bộ trao đổi nhiệt này?

Câu 6: Nếu thí nghiệm được lặp lại cho các tốc độ khác nhau của quạt, bạn có thể xác định mối quan hệ giữa tốc độ đó với gradien nhiệt độ trong cánh tản nhiệt ?

Trang 10

Câu 4 Nhận xét về cách lấy mẫu trong thí nghiệm trộn

Mẫu trong thí nghiệm trộn được lấy tại 6 thời điểm khác nhau: 20’’, 60’’, 120’’, 180’’, 240’’ và 300’’ Tại mỗi thời điểm ta lấy 8 mẫu theo sơ đồ

1 2 3

4 5

6 7 8

Ta phải lấy mẫu ở những vị trí như trên để đảm bảo cĩ thể khảo sát hết tồn bộ khối hạt, làm cho mẫu cĩ tính đặc trưng và như vậy kết quả sẽ cĩ độ chính xác cao Bởi vì trong quá trình trộn khơng phải tại mọi vị trí đều cĩ sự phân bố các hạt như nhau, cho nên ta phải lấy tại nhiều vị trí để tính trung bình của nĩ Khối hạt chỉ cĩ sự phân bố đồng đều nhất tại một thời điểm nào đĩ trong quá trình trộn mà thơi Bên cạnh đĩ, ta phải lấy mẫu tại 6 thời điểm khác nhau để khảo sát sự thay đổi của chỉ số trộn theo thời gian Từ đĩ tìm ra được thời điểm mà khối hạt đạt được chỉ số trộn cao nhất Đĩ chính là thời gian mà ta nên tiến hành trộn khối hạt để đạt được độ đồng đều cao nhất

Câu 5 Bàn về độ tin cậy của kết quả trộn và các yếu tố nào trong thí nghiệm cĩ ảnh hưởng nhiều nhất đến thí nghiệm trộn

Độ tin cậy của kết quả trộn là khá cao

Các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến kết quả trộn:

- Sự phân phối cỡ hạt: vì hạt đậu xanh và đậu nành cĩ kích thước sai lệch nhiều nên sẽ ảnh hưởng xấu đến quá trình trộn

- Thời gian trộn: được xác định bằng thì kế (bấm bằng tay) nên cĩ sai số Nhưng sai

số này khơng đáng kể

- Khối lượng riêng của vật liệu: vì đậu xanh và đậu nành cĩ khối lượng riêng xấp xỉ nhau nên cĩ tác động tốt đối với

- Tính dễ vỡ (giịn): đậu xanh và đậu nành khơng cĩ tính chất dễ vỡ vụn nên quá trình trộn diễn ra dễ dàng hơn

Mẫu được lấy tại nhiều vị trí (theo sơ đồ) nên đảm bảo được tính đặc trưng của mẫu lấy, làm tăng độ chính xác của kết quả

Quá trình tính tốn kết quả đơn giản nên hâu như khơng cĩ sai số

6 TÀI LIỆU THAM KHẢO :

[1] Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, “Quá trình và Thiết bị trong Công Nghệ Hóa

Học – Tập 2: Cơ học vật liệu rời”, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1998.

Tiêu đề	ĐỐI LƯU NHIỆT
Tác giả	Hồng Thụy Kim Ngân
Người hướng dẫn	Trần Lê Hải
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa
Chuyên ngành	Kỹ thuật Hóa học
Thể loại	Phúc trình thí nghiệm
Năm xuất bản	2022-2023
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	10
Dung lượng	213,75 KB