bài giảng thiết bị trao đổi nhiệt chương 2 đun nóng – làm nguội – ngưng tụ

Thiết bị trao đổi nhiệt: các thiết bị dùng để thực hiện quá trình truyền nhiệt gọi là thiết bị trao đổi nhiệt Loại gián tiếp Nhiệt truyền từ chất tải nhiệt này tới chất tải nhiệt khác qu

GV: TS Nguyễn Minh Tân

Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm Đun nóng – Làm Nguội – Ngưng tụ

Thiết bị trao đổi nhiệt: các thiết bị dùng để thực hiện quá trình truyền nhiệt gọi là thiết bị trao đổi nhiệt

Loại gián tiếp Nhiệt truyền từ chất tải nhiệt này tới chất tải nhiệt khác qua bề mặt

phân cách ( bề mặt truyền nhiệt):

- loại có vỏ bọc

- loại ống

- loại tấm

- loại xoắn ốc

- loại ống gân

Loại đệm Quá trình trao đổi nhiệt thực hiện trên cùng một bề mặt của vật rắn và

tiến hành theo hai giai đoạn nối tiếp nhau Thoạt tiên cho chất tải nhiệt nóng tiếp xúc với bề mặt vật rắn (đệm), vật rắn sẽ được đun nóng lên đến một nhiệt độ cần thiết, khi đó ngừng cung cấp chất tải nhiệt nóng, cho chất tải nhiệt lạnh vào, vật rắn

sẽ truyền nhiệt cho chất tải nhiệt lạnh

Loại trực tiếp (hỗn hợp) - Hai chất tải nhiệt tiếp xúc trực tiếp với nhau

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 3

Loại vỏ bọc

- Truyền nhiệt gián tiếp qua vỏ thiết bị

- Sử dụng khi đun nóng hoặc làm lạnh các thiết bị phản ứng,

- Chiều cao của vỏ ngoài không

được thấp hơn mực chất lỏng trong

thiết bị

- Bề mặt truyền nhiệt không lớn quá

10m2, và áp suất làm việc của hơi

đốt không quá 10 at

- Đặt cánh khuấy để tăng tốc độ tuần

hoàn

-Khi cần làm việc ở áp suất cao thì

vỏ bọc ngoài cần phải có cấu tạo đặc

biệt (áp suất làm việc ở đây có thể

đến 75 at)

Loại vỏ bọc

- Truyền nhiệt gián tiếp qua vỏ thiết bị

- Sử dụng khi đun nóng hoặc làm lạnh các thiết bị phản ứng,

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 5

Loại vỏ bọc

LOẠI ỐNG

- Cấu tạo gồm các đoạn ống thẳng nối với nhau bằng

ống khuỷu gọi là xoắn gấp khúc., hoặc các ống uốn

cong theo hình ren ốc gọi là ống xoắn ruột gà Khi làm

việc một chất tải đi trong ống, còn một chất tải nhiệt

khác đi ngoài ống

- Hệ số cấp nhiệt phía trong ống xoắn thường lớn

hơn ống thẳng một ít

- Ưu điểm là thiết kế đơn giản, có thể làm bằng

những vật liệu chống ăn mòn, dễ kiếm tra và sửa

chữa

- Nhược điểm cồng kềnh, hệ số truyền nhiệt nhỏ do

hệ số cấp nhiệt phía ngoài bé, khó làm sạch phía

trong ống, trở lực thuỷ lực lớn hơn ống thẳng

- Chất lỏng cho vào từ dưới lên để ống xoắn luôn

chứa đầy còn hơi thì cho từ trên xuống để tránh va

đập thuỷ lực

ống xoắn ruột gà

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 7

LOẠI ỐNG

ống xoắn ruột gà

LOẠI ỐNG

ống tưới

- Dùng để làm nguội và ngưng tụ,

chất lỏng phun ở ngoài đường ống

là nước lạnh

-Nước tưới ở ngoài ống chảy lần

lượt từ trên xuống dưới ống rồi vào

thùng chứa

- Khi trao đổi nhiệt sẽ có một phần

nước bay hơi

( khoảng 1 - 2 % lượng nước đưa

vào tưới) Khi bay hơi như vậy nó

sẽ lấy một phần nhiệt từ chất tải

nhiệt nóng ở trong ống, do đó

lượng nước dùng làm nguội ở đây

ít hơn so với các loại thiết bị làm

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 9

LOẠI ỐNG

ống tưới

LOẠI ỐNG

ống tưới

Lượng nước bay hơi được xác định

gần đúng:

) ( x 2 x 1 F

Hệ số bay hơi

Bề mặt bay hơi

Hàm ẩm của không khí

4 , 0

294

,

0

n

d

CU





Nhiệt dung riêng

Mật độ tưới

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 11

LOẠI ỐNG

ống lồng ống

- Cấu tạo: gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau

mỗi đoạn có hai ống lồng vào nhau

-Chất tải nhiệt l đi trong ống từ dưới lên

còn chất tải nhiệt II đi trong ống ngoài từ

trên xuống

- Khi năng suất lớn, đặt nhiều dãy làm

việc song song

-Ưu điểm:

+ Hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể

tạo ra tốc độ lớn cho cả hai chất tải

nhiệt

+ Cấu tạo độ đơn giản

nhược điểm: cồng kềnh, giá thành

cao, khó làm sạch khoảng trống giữa

hai ống

LOẠI ỐNG

ống lồng ống

- Cấu tạo: gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau

mỗi đoạn có hai ống lồng vào nhau

-Chất tải nhiệt l đi trong ống từ dưới lên

còn chất tải nhiệt II đi trong ống ngoài từ

trên xuống

- Khi năng suất lớn, đặt nhiều dãy làm

việc song song

-Ưu điểm:

+ Hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể

tạo ra tốc độ lớn cho cả hai chất tải

nhiệt

+ Cấu tạo độ đơn giản

nhược điểm: cồng kềnh, giá thành

cao, khó làm sạch khoảng trống giữa

hai ống

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 13

LOẠI ỐNG

ống chùm

- Cấu tạo: gồm có vỏ hình trụ 1 hai đầu hàn hai lưới ống 2, các ống truyền nhiệt 3 được ghép chắc, kín vào lưới ống Đáy và nắp nối với vỏ bằng mặt bích có bulông ghép chắc Trên vỏ, nắp và đáy có cửa ( ống nối ) để dẫn chất tải nhiệt Thiết bị được cài đặt trên giá đỡ bằng tai treo hàn vào vỏ

- Các ống lắp trên lưới ống cần phải kín bằng cách nong hoặc hàn, đôi khi người ta còn dùng đệm để ghép kín

-Ưu điểm:

+ kết cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt

LOẠI ỐNG

Các cách bố trí ống

 t d  m d

b t

D  (  1 )  n   n ,

Đường kính ống

1

2 

 a b

Khi xếp theo hình 6 cạnh

Số ống trên một cạnh

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 15

LOẠI ỐNG

Chia ngăn trong thiết bị ống chùm

- Khi cần tăng tốc độ của chất tải nhiệt để tăng hiệu quả truyền nhiệt, thường chia thiết bị ra làm nhiều ngăn

- Khi chia ngăn ngang đối với chất tải nhiệt đi ngoài ống, ngoài tác dụng tăng tốc độ còn có tác dụng làm cho chất tải nhiệt đi chéo góc vơí phương của trục ống truyền nhiệt (nhưng tốc độ tăng không tỷ lệ với các ngăn)

Bù giãn nở

a: Vòng bù giãn nở b: Đầu phao hở c: Đầu phao kín d: Loại hộp đệm e: Loại chữ U g: Loại ống kép

Thiết bị ống chùm khi ống lắp chắc vào

lưới đỡ ống chỉ làm việc ổn định khi hiệu

số nhiệt độ giưã vỏ thiết bị và ống không

quá 50 độ C, nếu vượt quá giới hạn này

ống hoặc vỏ thiết bị biến dạng do sự giãn

nở không đều nhau Khi thiết bị làm việc

có sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa vỏ và

ống thiết bị, cần cấu tạo thêm bộ phận bù

giãn nở

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 17

- Bề mặt truyền nhiệt làm bằng các

tấm kim loại, các khe giữa các tấm

tạo thành hai hệ thống không thông

với nhau

- Ưu diểm: gọn, tốc độ chất tải

nhiệt hai phía đều lớn

-Nhược điểm: không làm việc được

ở áp suất cao, khó ghép kín

- Được dùng để trao đổi nhiệt ở áp

suất thường, chủ yếu là để đốt nóng

không khí bằng khói lò

- Dùng để trao đổi nhiệt giữa các khí

trong hệ thống lạnh thâm độ

- Loại này bề mặt truyền nhiệt làm

bằng những tấm kim loại cuốn theo

dạng xoắn ốc Thiết bị gồm hai tấm

kim loại 1 và 2 , đầu trong của hai

tấm kim loại này được hàn vào tấm

ngăn 3, giữa hai tấm 1 và 2 tạo

thành một khe có tiết diện hình chữ

nhật, chất tải nhiệt sẽ đi trong các

khe đó Hai đầu thiết bị được ghép

kín bằng nắp 4

- Ưu diểm: gọn và có tốc độ lớn,

hai chất tải nhiệt có thể chuyển

động ngược chiều nhau hoàn toàn,

trở lực thuỷ lực nhỏ hơn trong ống

chùm

-Nhược điểm: chế tạo và sửa chữa

phức tạp, không làm việc được ở áp

suất cao trên 6 at ( cấu tạo đặc biệt

THIẾT BỊ LOẠI Ống xoắn ốc

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 19

- Khi truyền nhiệt giữa hai chất tải nhiệt

mà hệ số cấp nhiệt một phía rất nhỏ so

với phía kia thì ta cần tăng bề mặt truyền

nhiệt ở phía có  nhỏ để tăng hiệu quả

truyền nhiệt bằng cách thêm các gân lên

bề mặt truyền nhiệt

- Cách bố trí gân cũng phải chú ý chiều

chuyển động của khí để khí có thể đi sâu

vào giữa các gân, gân phải làm bằng vật

liệu dẫn nhiệt tốt - - Thiết bị truyền nhiệt

loại ống có gân thường có hai kiểu: gân

dọc và gân ngang Khi truyền nhiệt giữa

hai chất khí, nghĩa là 1 và 2 đều nhỏ,

cấu tạo gân ở cả hai bên, trường hợp

này gân thường có dạng hình kim 3 gọi là

thiết bị truyền nhiệt hình kim

THIẾT BỊ LOẠI Ống có gân