Bài Giảng Quá Trình Và Thiết Bị Truyền Nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA MÁY VÀ THIẾT BỊ HÓA HỌC Giới thiệu môn học QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT (Hệ Đại Học) Lý thuyết : 30 tiết Hình thức thi cuối kỳ: Tự luận Trắc nghiệm khách quan Nội dung: chương o Chương 1: Truyền nhiệt o Chương 2: Đun nóng – Làm nguội – Ngưng tụ o Chương 3: Cô đặc o Chương 4: Kỹ thuật lạnh Tài Liệu Tham Khảo [1] Khoa Máy-TB Hóa học – Giáo trình Truyền nhiệt – NXB ĐH Công Nghiệp Tp.HCM [2] Phạm Văn Bôn, Hoàng Minh Nam, Vũ Bá Minh - Quá trình thiết bị công nghệ hóa học - Ví dụ tập Trường đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh [3] Đỗ Trọng Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa - Cơ sở trình thiết bị công nghệ hóa học Tập1- NXB đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội 1981 [4] Phạm Xuân Toản – Các trình, thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm Tập 3: Các trình truyền nhiệt – NXN KHKT 2003 [5] Nguyễn Bin - Tính toán trình, thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm Tập - NXB KHKT 1999 [6] Hoàng Đình Tín, Lê Chí Hiệp – Nhiệt động lực học kỹ thuật – NXB KHKT 1997 [7] Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ - Quá trình thiết bị công nghệ hóa học - Truyền nhiệt - NXB Đại học quốc gia TP.HCM 1998 [8] Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư – Thiết bị trao đổi nhiệt – NXB KHKT 1999 [9] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Đinh Văn Thuận – Kỹ thuật lạnh ứng dụng – NXB Giáo dục Mục đích môn học Môn học giúp cho sinh viên có khả năng: Nắm kiến thức trình truyền nhiệt số trình ngành công nghệ hóa học Hiểu biết, nắm vững nguyên lý làm việc; cấu tạo, tính toán thiết bị truyền nhiệt Một số khái niệm Nhiệt độ gì: đại lượng vật lý, đặc trưng cho mức độ nóng nhiệt, thông số làm sở để so sánh, đánh giá mức độ nóng vật vật khác Đơn vị nhiệt độ: - Độ Celcius, ký kiệu - t(0C) - Độ kenvin, ký hiệu - T(K) Mối liên hệ: T = t + 273 Và ΔT = Δt Một số khái niệm Nhiệt dung riêng:C(J/kg.độ) or (cal/kg.đô) Là nhiệt lượng tỏa hay thu vào để 1kg vật chất biến thiên độ + 1cal = 4,186J + 1J = 0,24cal + 1kcal = 1000cal + 1kJ = 1000J Khối lượng riêng: khối lượng đơn vị thể tích, ρ (kg/m3) Một số khái niệm Áp suất: đại lượng vật lý, biểu thị cho lực tác dụng vuông góc lên đơn vị diện tích 2 + Pa = N/m = kg/m.s + 1at = 760mmHg ≈ 10mH2O – áp suất khí Áp suất chân không: Cho biết áp suất hệ thống thấp áp suất khí + Pck = Pkq − Ptd > + Pdu = Ptd − Pkq < Áp suất dư: Cho biết áp suất hệ thống cao áp suất khí quyển: + Pdư = Ptd − Pkq > Một số khái niệm Một số đơn vị đo theo hệ tiêu chuẩn SI -Kích thước hình học (chiều dài, chiều rộng, chiều cao, đường kính….): Mét (m) Thời gian: Giây (s) Khối lượng: Kilogam (kg) Nhiệt lượng: J = N.m = kg.m2/s2 Công suất: W = J/s Chương 1: Cơ sở truyền nhiệt Chất tải lạnh  Tải lạnh từ nơi phát sinh tới nơi tiêu thụ  Trạng thái: (khí), lỏng, rắn  Không có biến đổi trạng thái  Yêu cầu chất tải lạnh  Nhiệt độ đóng băng thấp  Độ nhớt nhỏ  Nhiệt dung riêng lớn  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 Các thiết bị hệ thống lạnh Máy nén Thiết bị ngưng tụ Thiết bị bay Bình Tách dầu Bình chứa dầu Bình chứa cao áp Bình tách lỏng Bình trung gian Thiết bị lỏng lạnh Các thiết bị hệ thống lạnh 10 Thiết bị hồi nhiệt 11 Bình tách khí không ngưng 12 Phin lọc phin sấy 13 Bơm 14 Quạt 15 Van tiết lưu 16 Van, khóa 17 Van chiều van an toàn 18 Áp kế Máy nén lạnh Máy nén lạnh Máy nén thể tích Máy nén pitton dao động Máy nén pitton quay Máy nén trượt, Con lắc Máy nén trục vít, Máy nén roto lăn MN roto trượt Máy nén động học Máy nén tuabin Máy nén tuabin ly tâm Máy nén Ejector Máy nén ejector Chu trình làm việc máy lạnh nén cấp Máy nén: hút nén môi chất lạnh từ áp suất bốc lên áp suất ngưng tụ (1 – 2) TBNT: ngưng tụ môi lạnh (giải nhiệt môi trường không khí bên ngoài) (2 – 4) Bộ phận tiết lưu: giảm đột ngột áp suất ngưng tụ xuống áp suất bốc (4 – 5) TBBH: lỏng môi chất lạnh, lấy nhiệt từ môi trường cần làm lạnh để bốc (5 -1) Chu trình làm việc máy lạnh nén cấp Hơi ẩm Lỏng lạnh Hơi nhiệt  1' -1: Quá nhiệt môi chất (TNL): ∆tqn = th - to, th: nhiệt độ môi chất vào máy nén  - : Nén đoạn nhiệt môi chất từ áp suất thấp Po đến áp suất cao Pk, đẳng entropy  - 3: Làm nguội đẳng áp môi chất từ trạng thái nhiệt xuống trạng thái bão hòa  - 4: Ngưng tụ môi chất đẳng áp, đẳng nhiệt  – 4’: Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp  4’ - 5: Quá trình tiết lưu đẳng enthalpy van tiết lưu  - 1: Quá trình bay dàn bay đẳng áp đẳng nhiệt 5.3 Tính toán thiết bị lạnh Công cung cấp cho chu trình: / A = G0 (i2 – i1 ), kw Nhiệt lượng mà tác nhân lạnh nhận qua bình bốc (năng suất lạnh riêng khối lượng) / q0 = i1 - i5, kj/kg Năng suất lạnh tác nhân / Q0 = G0 (i1 - i5 ), kw Nhiệt tải thiết bị ngưng tụ Qc = G0 ( i2 - i4 ), kw Hệ số làm lạnh chu trình ' Q0 i1 − i ε= = A i − i1' Nhiệt độ ngưng tụ tc phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (nhiệt độ bên ngoài) mà cụ thể phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình chất làm mát Nếu ngưng tụ không khí: tc = tkk + 10 C Nếu ngưng tụ nước: tc = tn + (5÷7) C Thực tế tính suất lạnh ta cần phải tính đến tổn thất nhiệt khác như: tổn thất nguồn nhiệt bên truyền vào, tổn thất quạt, đèn,… Q = (1,1 ÷ 1,15)Q0 TT Ứng dụng công nghiệp thực phẩm  Có nhiều nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm, có nguyên nhân chủ yếu sau đây:  Do tác dụng men thực phẩm  Do vi sinh vật từ bên  Do độc tố tiết từ loài vi sinh vật 5.4 Điều khiển hệ thống lạnh [...]... Không thay đổi theo thời gian Truyền nhiệt không ổn định Nhiệt độ thay đổi Khôn g gian Thời gian 12 Chương 1 - Truyền nhiệt Quá trình truyền nhiệt  Là quá trình một chiều  Truyền từ nơi nhiệt độ cao → nhiệt độ thấp Từ vật này sang vật khác, từ không gian này sang không gian khác 13 Chương 1 - Truyền nhiệt 1.1 Dẫn nhiệt 1.1.1 Khái niệm 1.Dẫn nhiệt là gì: là quá trình truyền nhiệt từ phần tử này đến phần... khác 2 Quá trình trao đổi nhiệt bằng đối lưu gọi là quá trình cấp nhiệt 3 Quá trình cấp nhiệt: là quá trình vận chuyển nhiệt lượng từ lưu chất đến bề mặt vật rắn hay ngược lại 28 Chương 1 - Truyền nhiệt Không khí nóng bên trong lò nung khoảng 12000C 29 Chương 1 - Truyền nhiệt Không khí nóng bên trong lò nung khoảng 12000C 30 Chương 1 - Truyền nhiệt 31 Chương 1 - Truyền nhiệt 1.2.2 Định luật cấp nhiệt. ..Chương 1 - Truyền nhiệt Tầm quan trọng của truyền nhiệt Truyền nhiệt là lĩnh vực quan trọng, không thể thiếu trong công nghiệp sản xuất, cũng như trong đời sống xã hội Trong ngành CNHH, các quá trình (vật lý, hóa học, sinh học) muốn xảy ra có hiệu quả cần phải có điều kiện xác định (nhiệt độ, áp suất, lượng chất, thời gian… ) 11 Chương 1 - Truyền nhiệt Quá trình truyền nhiệt Truyền nhiệt ổn định Nhiệt. .. – tT)=20.24.(120 – 100) 34 Chương 1 - Truyền nhiệt 1.2.4 Đồng dạng nhiệt  Trong quá trình truyền nhiệt bằng đối lưu được đặc trưng bằng một hệ phương trình:  Phương trình dòng liên tục  Phương trình vi phân cấp nhiệt Fourie-Kirchoff  rất phức tạp ==> Giải các phương trình này phải dựa vào các thuyết đồng dạng  Dựa vào các phương trình vi phân về cấp nhiệt và thuyết đồng dạng ta rút ra các chuẩn... bề mặt truyền nhiệt: F = πdtbℓ , Với dtb = (d1 + d2)/2 = (57 + 50)/2 = 53,5mm Nhiệt lượng: 26 Chương 1 - Truyền nhiệt - Trường hợp dẫn nhiệt qua tường ống nhiều lớp r3 ℓ t4 r4 t3 r2 t2 r1 t1 27 Chương 1 - Truyền nhiệt 1.2 Đối lưu nhiệt 1.2.1 Khái niệm 1 Đối lưu nhiệt: là quá trình truyền nhiệt ở môi trường lưu chất, khi lưu chất chuyển động trong không gian từ vùng có nhiệt độ này sang vùng có nhiệt. .. ) λ: hệ số dẫn nhiệt hay độ dẫn nhiệt (w/m.độ) 2 Đặt q = Q/F (W/m ): mật độ dòng nhiệt 17 Chương 1 - Truyền nhiệt Độ dẫn nhiệt Độ dẫn nhiệt (hệ số dẫn nhiệt) là lượng nhiệt tính bằng J truyền đi bằng dẫn nhiệt qua 1m2 bề mặt trong thời gian 1 giây khi chênh lệch nhiệt độ trên 1m chiều dài theo phương pháp tuyến của mặt đẳng nhiệt là 1 độ Ký hiệu: λ – đơn vị đo: (W/m.độ) Hệ số dẫn nhiệt là đại lượng... tượng dẫn nhiệt xảy ra 16 Chương 1 - Truyền nhiệt Định luật dẫn nhiệt Fourier Theo Fourier, nhiệt lượng truyền qua mặt đẳng nhiệt tỷ lệ gradt, diện tích bề mặt đẳng nhiệt và thời gian Biểu thức: Q’ = - λ.gradt.F.τ (J) Truyền nhiệt ổn định nên không phụ thuộc thời gian Khi đó: Q = Q’/ τ = - λ.gradt.F (W) Trong đó: Q: nhiệt lượng (W = J/s) gradt: Gradient nhiệt độ (độ/m) 2 F: Diện tích mặt đẳng nhiệt (m... gian khi hiệu số nhiệt độ là một đơn vị 33 Chương 1 - Truyền nhiệt 0 3.Ví dụ: Cho tường phẳng có kích thước 4×6m, nhiệt độ bề mặt tường là 100 C, 2 không khí nóng xung quanh có hệ số cấp nhiệt α = 20 (W/m độ) và nhiệt độ là 0 120 C Tính nhiệt lượng truyền được: Hướng dẫn: Tường 4×6m → F = 24m 2 0 Nhiệt độ tường tT = 100 C 0 Nhiệt độ lưu chất txq = 120 C 2 Hệ số cấp nhiệt α = 20 (W/m độ) Nhiệt lượng:Q... Định luật cấp nhiệt New ton: Nhiệt lượng Q do diện tích bề mặt F của vật thể có nhiệt độ tT cấp cho môi trường xung quanh trong khoảng thời gian τ tỷ lệ với hiêu số nhiệt độ giữa vật thể và môi trường với F và τ Phương trình: Q’ = α.F.(tT – tXq).τ (J) Do không phụ thuộc thời gian nên Q = Q’/ τ = α.F.(tT – tXq) (W) 32 Chương 1 - Truyền nhiệt 2 Hệ số cấp nhiệt: α txq Hệ số cấp nhiệt α là lượng nhiệt do một... điểm τ xác định t + Δt t n Chiều dòng nhiệt Không dẫn nhiệt trên 1 mặt đẳng nhiệt Khép kín Mặt đẳng nhiệt Không cắt nhau 15 Chương 1 - Truyền nhiệt 1.1.1 Khái niệm t + Δt t n Chiều dòng nhiệt 4.Gradient nhiệt độ: là mức đo độ biến thiên nhiệt độ ở một điểm cho trước của vật thể, bằng độ biến thiên nhiệt độ trên một đơn vị chiều dài theo phương pháp tuyến của mặt đẳng nhiệt Gradt = lim (Δt/ Δn) = dt/dn