Báo cáo thực hành quá trình thiết bị hóa học bài thiết bị truyền nhiệt vỏ Ống

- Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính toántheo lý thuyết KLT.. Các giá trị nhiệt dung riêng của nước thay đổi theo nhiệt độ, ta dùngnộ

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

- -BÁO CÁO THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

HÓA HỌC BÀI: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG

Giảng viên hướng dẫn : Th.S Trương Văn Minh Sinh viên thực hiện : Đặng Ngọc Vân

Mã số sinh viên : 21076521 Lớp học phần : DHHO17ATT

Tổ thực hành : 5

TP.HCM, THÁNG 09 NĂM 2024

1 Mục đích thí nghiệm

- Biết vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van để điều chỉnh lưu lượng,

và hướng dòng chảy, biết những sự cố có thể xảy ra và cách xử lý tình huống

- Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng quamột bề mặt ngăn cách là ống lồng ống, ống chùm và ống xoắn

- Tính toán hiệu suất toàn phần dựa vào cân bằng nhiệt lượng

- Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong 2 trường hợpxuôi chiều và ngược chiều

- Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính toántheo lý thuyết KLT

2 Cơ sở lý thuyết

- Hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tùy thuộc vào cách ta bố trí thiết bị, điềukiện hoạt động, Trong đó, chiều chuyển động của các dòng có ý nghĩa rất quan trọng

+ Cân bằng nhiệt lượng khi 2 dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp:

Nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra: QN = GN.CN.rTN

Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào: QL = GL.CL.rTL

Nhiệt lượng tổn thất: Qf = QN - QL

Cân bằng nhiệt lượng: QN = QL + Qf

Mặt khác nhiệt lượng trao đổi cũng có thể tính theo công thức: Q = K.F.rTlog

- Nhiệt lượng trao đổi sẽ phụ thuộc vào kích thước thiết bị F, cách bố trí các dòng rTlog Dothiết bị là phần cứng ta rất khó thay đổi nên có thể xem nhiệt lượng trao đổi trong trườnghợp này phụ thuộc vào cách bố trí dòng chảy Gồm: Chảy xuôi chiều, chảy ngược chiều,chảy chéo dòng, chảy hỗn hợp

- Tùy vào cách bố trí mà ta có phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit rtlog

- Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:H N = F ∆ t Q

log 100%

Trong đó:

- F = .dtb.L (dtb=d i +do

2 ) là đường kính trung bình của ống truyền nhiệt, m

- Hệ số truyền nhiệt lý thuyết: KLT =

11

l = di là đường kính tương đương

β là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu

Δ t = ttường – tnóng vào là chênh lệch nhiệt độ

εk: Hệ số hiệu chỉnh

Mà t = |t tường−T NV|=|T N +T L

2 −T NV|

- Tính chuẩn số Nusselt:

+ Nếu dòng nóng chảy xoáy: Nu = 0,021.εk.Re0,8.Pr0,43

+ Nếu dòng nóng chảy quá độ: Nu = 0,008.εk.Re0,9.Pr0,43

+ Nếu dòng nóng chảy dòng: Nu = 0,15.εk.Re0,33.Pr0,43.Gr0,1

l = di là đường kính tương đương

β là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu

Δ t = ttường – tlạnh vào là chênh lệch nhiệt độ

εk: Hệ số hiệu chỉnh

Mà t = |t tường−T LV|=|T N +T L

2 −T LV|

- Tính chuẩn số Nusselt:

+ Nếu dòng nóng chảy xoáy: Nu = 0,021.εk.Re0,8.Pr0,43

+ Nếu dòng nóng chảy quá độ: Nu = 0,008.εk.Re0,9.Pr0,43

+ Nếu dòng nóng chảy dòng: Nu = 0,15.εk.Re0,33.Pr0,43.Gr0,1

3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị

4 Xử lý số liệu

4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị

4.1.1 Nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra, dòng lạnh thu vào và nhiệt tổn thất

Nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra

QN = GN× CN× ∆TN

Trong đó:

+ Nhiệt dung riêng dòng nóng (CpN) được tra bảng trong “Sổ tay quá trình và thiết bị côngnghệ hóa học Tập 1” Các giá trị nhiệt dung riêng của nước thay đổi theo nhiệt độ, ta dùngnội suy tuyến tính để xác định giá trị phù hợp

+ Lưu lượng khối lượng (GN) tính theo kg/s được tính từ lưu lượng thể tích (VN - LPM) củadòng nhân cho khối lượng riêng của dòng nóng (ρ N - kg/m3) Khối lượng riêng của dòngnóng thay đổi theo nhiệt độ, ta xác định giá trị khối lượng riêng bằng cách tra bảng trong

“Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học Tập 1” và nội suy tuyến tính để tính giá trịkhối lượng riêng chính xác

+ Nhiệt dung riêng dòng lạnh (CL) được tra bảng trong “Sổ tay quá trình và thiết bị côngnghệ hóa học Tập 1” Các giá trị nhiệt dung riêng của nước thay đổi theo nhiệt độ, ta dùngnội suy tuyến tính để xác định giá trị phù hợp.

+ Lưu lượng khối lượng (GL - kg/s) được tính từ lưu lượng thể tích (VL - LPM) của dòngnhân cho khối lượng riêng của dòng (ρ L - kg/m3) Khối lượng riêng của dòng thay đổi theonhiệt độ, ta xác định giá trị khối lượng riêng bằng cách tra bảng trong “Sổ tay quá trình vàthiết bị công nghệ hóa học Tập 1” và nội suy tuyến tính để tính giá trị khối lượng riêng chínhxác

4.1.2 Hiệu suất nhiệt độ của dòng nóng, dòng lạnh và hiệu suất nhiệt độ hữu ích

Hiệu suất nhiệt độ dòng nóng

Bảng 7 Kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ dòng nóng Hiệu suất nhiệt độ dòng lạnh

Bảng 8 Kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ dòng lạnh Hiệu suất nhiệt độ hữu ích

Bảng 9 Kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ hữu ích

4.1.3 Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt

Bảng 10 Kết quả tính toán hiệu suất của quá trình truyền nhiệt

4.1.4 Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

Bảng 11 Kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

4.1.5 Hệ số truyền nhiệt lý thuyết

+ Độ nhớt động lực học (μ nóng−kg/m s)được xác định bằng cách tra bảng trong “Sổtay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học Tập 1” và nội suy tuyến tính để tính giá trị chínhxác.

l = di = 15 mm (đường kính tương đương)

β = 0,0004428 (K-1) là hệ số giãn nở thể tích của nước

Nhiệt độ trung bình của dòng nóng: TN = T NV +T NR

” và nội suy tuyến tính để tính giá trị khối lượng riêng chính xác.

+ Độ nhớt động lực học (μ nóng −kg/m s)được xác định bằng cách tra bảng trong “Sổtay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học Tập 1” và nội suy tuyến tính để tính giá trị chínhxác

ℜ=ω L × d td × ρ L

μ L =0.037 × 0.083 × 994.21

0.000735 =4149.92

Trong đó:

g = 9.81 m/s2 (gia tốc)

l = di = 15 mm (đường kính tương đương)

β = 0,000207 (K-1) là hệ số giãn nở thể tích của nước

Nhiệt độ trung bình của dòng nóng: TN = T NV +T NR

Bảng 17 Kết quả tính chuẩn số Nu và hệ số cấp nhiệt dòng lạnh

Hệ số truyền nhiệt lý thuyết

KLT =

11

Bảng 18 Kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt lý thuyết

4.1.6 So sánh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm và lý thuyết ở trường hợp xuôi chiều

6 9 12 15 0

6 9 12 15 0

4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị

4.2.1 Nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra, dòng lạnh thu vào và nhiệt lượng tổn thất

Nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra

QN = GN× CN× ∆TN

Trong đó:

+ Nhiệt dung riêng dòng nóng (CN) được tra bảng trong “Sổ tay quá trình và thiết bịcông nghệ hóa học Tập 1” Các giá trị nhiệt dung riêng của nước thay đổi theo nhiệt độ, tadùng nội suy tuyến tính để xác định giá trị phù hợp

+ Lưu lượng khối lượng (GN) tính theo kg/s được tính từ lưu lượng thể tích (VN LPM) của dòng nhân cho khối lượng riêng của dòng nóng (ρ N - kg/m3) Khối lượng riêngcủa dòng nóng thay đổi theo nhiệt độ, ta xác định giá trị khối lượng riêng bằng cách tra bảngtrong “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học Tập 1” và nội suy tuyến tính để tính giátrị khối lượng riêng chính xác

Bảng 19 Kết quả xử lý số liệu tính nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra

Nhiệt lượng dòng lạnh thu vào

QL = GL× CL× ∆TL (W)

Trong đó:

+ Nhiệt dung riêng dòng lạnh (CL) được tra bảng trong “Sổ tay quá trình và thiết bị côngnghệ hóa học Tập 1” Các giá trị nhiệt dung riêng của nước thay đổi theo nhiệt độ, ta dùngnội suy tuyến tính để xác định giá trị phù hợp

+ Lưu lượng khối lượng (GL - kg/s) được tính từ lưu lượng thể tích (VL - LPM) của dòngnhân cho khối lượng riêng của dòng (ρ L - kg/m3) Khối lượng riêng của dòng thay đổi theonhiệt độ, ta xác định giá trị khối lượng riêng bằng cách tra bảng trong “Sổ tay quá trình vàthiết bị công nghệ hóa học Tập 1” và nội suy tuyến tính để tính giá trị khối lượng riêng chínhxác

Bảng 21 Kết quả xử lý số liệu tính nhiệt tổn thất

4.2.2 Hiệu suất nhiệt độ của dòng nóng, dòng lạnh và hiệu suất nhiệt độ hữu ích

Hiệu suất nhiệt độ dòng nóng

Bảng 24 Kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ hữu ích

4.2.3 Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt

4.2.4 Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

Q N

(kW)

K TN

(W/m 2 C) 5

Bảng 26 Kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

4.2.5 Hệ số truyền nhiệt lý thuyết

và nội suy tuyến tính để tính giá trị khối lượng riêng chính xác

+ Độ nhớt động lực học (μ nóng −kg/m s)được xác định bằng cách tra bảng trong “Sổtay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học Tập 1” và nội suy tuyến tính để tính giá trị chínhxác

 ℜ=ω N × d i × ρ N

μ N =0 ,5 66 ×0 , 015 × 990.62

0.000612 =¿ 13739.51

l = di = 15 mm (đường kính tương đương)

β = 0,0004428 (K-1) là hệ số giãn nở thể tích của nước

Nhiệt độ trung bình của dòng nóng: TN = T NV +T NR

” và nội suy tuyến tính để tính giá trị khối lượng riêng chính xác.

+ Độ nhớt động lực học (μ nóng−kg/m s)được xác định bằng cách tra bảng trong “Sổtay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học Tập 1” và nội suy tuyến tính để tính giá trị chínhxác.

l = di = 15 mm (đường kính tương đương)

β = 0,000207 (K-1) là hệ số giãn nở thể tích của nước

Nhiệt độ trung bình của dòng nóng: TN = T NV +T NR

- Nếu 10000 > Re > 2300 → chế độ chảy quá độ.

Nu =0.008 ℜ0.8 Pr0.43

=0.008 4040.220.8.5.1570.43

=12.432(ε k là hệ số hiệu chỉnh, vì Re < 10000 và l/d > 50 nên ε k=1 với Pr = 5.157 là chuẩn số Prandlt

Bảng 32 Kết quả tính toán chuẩn số Nu và hệ số cấp nhiệt dòng lạnh

Hệ số truyền nhiệt lý thuyết

KLT =

11

Bảng 33 Kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt lý thuyết

4.2.6 So sánh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm và lý thuyết ở trường hợp ngược chiều

6 9 12 15 0

6 9 12 15 0

- Nhìn chung, hệ số truyền nhiệt thực nghiệm luôn lớn hơn hệ số truyền nhiệt lý thuyết

do sự chênh lệch nhiệt độ và lượng nhiệt tổn thất trong quá trình truyền nhiệt gây ra

- Khi hoàn thành khảo sát thiết bị ở trường hợp xuôi chiều, cần đun lại nước có trong

bể chứa để nhiệt độ trở về mức ổn định ban đầu và tránh để nhiệt độ giảm xuống quáthấp dẫn đến các sai số về hiệu suất truyền nhiệt, ảnh hưởng đến việc kết luận cácthông số liên quan và so sánh hệ số truyền nhiệt