Báo cáo thực hành thực hành các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA BÁO CÁO THỰC HÀNH THỰC HÀNH CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC GVHD: Nguyễn Minh Tiến Nhóm: 4 Lớp: DHHD

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

BÁO CÁO THỰC HÀNH THỰC HÀNH CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

GVHD: Nguyễn Minh Tiến

Nhóm: 4

Lớp: DHHD13A

BÀI 6: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG

1 Mục đích thí nghiệm

 Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa 2 dòng qua một bề mặt ngăn cách là ống lồng ống, ống chùm, ống xoắn

 Tính toán hiệu suất toàn phần dựa vào cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng khác nhau

 Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong 2 trường hợp xuôi chiều và ngược chiều

 Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K của thiết bị từ đó so sánh vớiTN

kết quả tính toán theo lý thuyết KLT

2 Các công thức tính toán

 Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra :

(2.1)

 Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào :

(2.2)

 Cân bằng nhiệt lượng

(2.3)

 Nhiệt lượng trao đổi

(2.4) Với (hiệu số nhiệt độ trung bình loogarit ) (2.5)

 Xét 2 trường hợp

 Ngược chiều

(2.6) (2.7)

 Nếu thì (2.8)

 Nếu thì (2.9)

 Xuôi chiều

(2.10) (2.11)

 Hiệu suất nhiệt độ của dòng nóng

(2.12)

 Hiệu suất nhiệt độ của dòng lạnh

(2.13)

 Hiệu suất quá trình truyền nhiệt

(2.14)

 Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

(2.15)

Với : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (m )2

 Với d : đường kính trung bình ống truyền nhiệt (m)tb

 Chuẩn số Renoyl:

0.8 Pr 0.4

3 Kết quả thí nghiệm

a Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị

b Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị

c Kết quả khảo sát

a Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị

7 15,4 10,2 34,84163 23,07692 28,95928

11 0,196731 0,265252 9621,345 11309,28 -1687,93 117,5436

16 0,329004 0,331671 13889,91 11368,34 2521,568 81,84604

 Tính mẫu thí nghiệm 1:

- Giả sử ta tính mẫu ở trường hợp ngược chiều:

GN = 8 LPM

GL = 8 LPM

T1 (nóng vào) = 84 C T T0

1 3

T3 (nóng ra) = 58,3 C T T 0

T2 (lạnh vào) = 41,6 C0

T4 (lạnh ra) = 28,1 C0

 Tính nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra, dòng lạnh thu vào và nhiệt tổn thất

Tính nhiệt độ trung bình dòng nóng và dòng lạnh:

( C)0 (0C)

- Xác định khối lượng riêng của dòng nóng và dòng lạnh: Tra bảng 43 (Tính chất vật lý của nước, bảng tra cứu Quá trình truyền nhiệt, truyền khối, cơ học, trang 42) kết hợp phương pháp hồi quy tuyến tính ta được: ρ = 983,445 (kg/m3 ); ρ = N L

996,7 (kg/m3 ); C = 4178,75(J/kg C); C = 4177,6 (J/kg C) N o L o

- Chuyển lưu lượng thể tích (L/ph) sang lưu lượng thể tích (m /s):3

(m3/s) (m /s) 3

- Hiệu số nhiệt độ của dòng nóng:

( C)0

- Hiệu số nhiệt độ của dòng lạnh:

(0C)

- Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:

13730,07 (W)

- Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:

= 7307,5 (w)

- Nhiệt lượng tổn thất:

(W)

 Tính hiệu suất nhiệt độ giữa các dòng

- Hiệu suất nhiệt độ trong quá trình truyền nhiệt của dòng nóng:

- Hiệu suất nhiệt độ trong quá trình truyền nhiệt của dòng lạnh:

- Hiệu suất nhiệt độ hữu ích của quá trình truyền nhiệt:

 Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt

Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

- Tính Δtlog

(0C)

(0C)

= 31,4(0C)

2 2.097 0.011 43911,72 2289,065 811.36 1312,972

2944,35

1496,55

3667,16

2963,12



 Tính mẫu

VN ( LMP) VL(LMP) TNv (0C) TNr (0C) TLv (0C) TLr (0C)

- Nhiệt độ trung bình của 2 dòng nóng và lạnh:

982.75 , ( Từ nhiệt độ trung bình của dòng nóng, dòng lạnh tra bảng 43, trang 42 BẢNG TRA CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT- TRUYỀN KHỐI, rồi nội suy ta được khối lượng

riêng 2 dòng nóng lạnh )

- Đổi lưu lượng thể tích (L/P) sang lưu lượng khối lượng (kg/s):

- Hiệu số nhiệt độ dòng nóng:

- Hiệu số nhiệt độ dòng lạnh:

Tra bảng 43 Tính chất vật lý của nước (trang 42), ta có:

- Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:

- Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:

- Nhiệt lượng tổn thất:

Tính hiệu suất nhiệt độ giữa các dòng:

- Hiệu suất nhiệt độ của dòng nóng:

- Hiệu suất nhiệt độ của dòng lạnh:

- Hiệu suất nhiệt độ hữu ích:

Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

Tính hệ số truyền nhiệt thực nghiệm :

- Đường kính trung bình :

- Bề mặt truyền nhiệt F:

- Hệ số truyền nhiệt :

Hệ số truyền nhiệt lý thuyết

Ta có: ;

- Hệ số cấp nhiệt (dòng nóng):

 Chuẩn số Reynolds

 Chuẩn số Prandtl

 Chuẩn số Nusselt

Vì ; do , nên:

- Hệ số cấp nhiệt (dòng lạnh)

 Chuẩn số Reynolds

 Chuẩn số Prandtl

 Chuẩn số Prandtl

 Chuẩn số Nusselt

Vì =<2300nên:

Đồ thị biểu diễn Ktn:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0

500

1000

1500

2000

Trong cùng một lưu lượng dòng nóng, khi tăng lưu lượng dòng lạnh thì hệ số truyền nhiệt

lí thuyết sẽ tăng lên

Hệ số truyền nhiệt lý thuyết cao hơn và ổn định hơn so với thực tế

b Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị

c Tính mẫu

GN = 8 LPM

GL = 8 LPM

T1 (nóng vào) = 87,1 C0

T3 (nóng ra) = 64,5 C0

T2 (lạnh vào) = 31,7 C0

T4 (lạnh ra) = 39,1 C0

1 Tính nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra, dòng lạnh thu vào và nhiệt tổn thất

- Tính nhiệt độ trung bình dòng nóng và dòng lạnh:

( C)0 35,4 (0C)

- Xác định khối lượng riêng của dòng nóng và dòng lạnh: Tra bảng 43 (Tính chất vật lý của nước, bảng tra cứu Quá trình truyền nhiệt, truyền khối, cơ học, trang 42) kết hợp phương pháp hồi quy tuyến tính ta được: ρ = 979 (kg/m3 ); ρ = 996,4 (kg/m3 ); C = N L N

4188 (J/kg C); C = 4182 (J/kg C) o

- Chuyển lưu lượng thể tích (L/ph) sang lưu lượng thể tích (m /s):3

(m3/s)

(m3/s)

- Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:

(W)

- Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:

= 4101,1 (w)

- Nhiệt lượng tổn thất:

(W)

6.2 Tính hiệu số nhiệt độ của các dòng

- Hiệu số nhiệt độ của dòng nóng:

( C)0

- Hiệu số nhiệt độ của dòng lạnh:

(0C)

6.3 Tính hiệu suất nhiệt độ giữa các dòng

- Hiệu suất nhiệt độ trong quá trình truyền nhiệt của dòng nóng:

- Hiệu suất nhiệt độ trong quá trình truyền nhiệt của dòng lạnh:

- Hiệu suất nhiệt độ hữu ích của quá trình truyền nhiệt:

6.4 Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt

Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

6.5 Tính hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN

- Tính đường kính trung bình d : tb

- Tính bề mặt truyền nhiệt F:

(m )2

(0C)

(0C)

- Tính Δtlog

(0C)

- Hệ số truyền nhiệt K :TN

4 0,130657 0,331613 14855,19 2356,44 12498,75 15,86274

6.6 Tính hệ số truyền nhiệt lý thuyết K LT

- Tính đường kính dòng nóng: d = d = 0,008 (m)T t

- Tính đường kính dòng lạnh: d = D - n×d = 0,25 - 19×0,01 = 0,06N t

- Tính vận tốc dòng nóng ω :N

- Tính vận tốc dòng lạnh ω :L

- Xác định độ nhớt động học ν:

Tra bảng 43 (Tính chất vật lý của nước, bảng tra cứu Quá trình truyền nhiệt, truyền khối,

cơ học, trang 42) kết hợp phương pháp nội suy ta được: µ = 0,4174×10 (N.s/m ); µ = N -3 2 L

0,836×10-3 (N.s/m2)

- Tính Re dòng nóng Re :N

- Tính Re dòng lạnh Re :L

Ta thấy: Re > 10000 → lưu chất chuyển động chảy xoáy , cho Pr/Pr = 1T

1000 < Re < 10000 → lưu chất chuyển động chảy tầng , cho Pr/Pr = 1T

6.6 Tính chuẩn số Pr

Tra bảng 43 (Tính chất vật lý của nước, bảng tra cứu Quá trình truyền nhiệt, truyền khối,

cơ học, trang 42) kết hợp phương pháp hồi quy tuyến tính ta được: λ = 0,6662 (W/m.K);N

λL = 0,6142 (W/m.K)

6.6 Tính chuẩn số Nu

- Tính trị số của : L/d = 0.65/0.011 ≈ 60 → = 1ɛd ɛd

- Tính chuẩn số Nu của dòng nóng Nu :N

- Tính chuẩn số Nu của dòng lạnh Nu :L

6.7 Tính hệ số cấp nhiệt

- Xác định độ dẫn nhiệt của lưu chất:

- Tính hệ số cấp nhiệt của dòng nóng α :N

- Tính hệ số cấp nhiệt của dòng lạnh αL:

6.8 Tính hệ số truyền nhiệt lý thuyết

Tra bảng 31 (Tính chất vật lý của nước, bảng tra cứu Quá trình truyền nhiệt, truyền khối,

cơ học, trang 31) kết hợp phương pháp hồi quy tuyến tính ta được: λ = 17.5 (W/m.C).t

1 345,6125 911,4732

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0

100

200

300

400

500

600

700

Nhận xét.

- Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm luôn lớn hơn hệ số truyền nhiệt lý thuyết

- Lưu lượng dòng nóng thay đổi dẫn đến nhiệt lượng dòng nóng thay đổi Do đó, hệ

số truyền nhiệt thực nghiệm cũng thay đổi theo lưu lượng

- Hệ số truyền nhiệt lý thay đổi ở những lần thí nghiệm của trường hợp xuôi chiều là

do hệ số cấp nhiệt dòng lạnh thay đổi Còn trường hợp ngược chiều, tăng dần theo số lần thí nghiệm

- Ở trường hợp ngược chiều, lượng nhiệt thất thoát có giá trị âm là do đầu dò nhiệt độ hiển thị chưa đúng hoặc do người thao tác Cũng vì lý do này mà làm cho hiệu suất truyền nhiệt có lúc lớn hơn 100%

5 Tài liệu tham khảo

[1] Phạm Xuân Toản, Quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, tập 3: Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, NXH Khoa học kỹ thuật, 2008

[2] Phạm Văn Bôn, Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm, Bài tập truyền nhiệt, NXH ĐH Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, 2004

[3] Tập thể tác giả, Bảng tra cứu quá trình cơ học truyền nhiệt – truyền khối: Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm, NXH ĐH Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, 2012