CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN MÔN TRUYỀN NHIỆT

8/16/2016 1.1 Cơng nghệ hóa học Mặc dù chun ngành cơng nghệ hóa học thường nghĩ có khởi đầu ngắn trước 1900, nhiều trình liên quan đến ngành học phát triển từ thời thượng cổ Chẳng hạn như, trình lọc thực cách 5000 năm người Ai Cập Trong suốt thời kỳ này, cơng nghệ hóa học tiến triển từ pha trộn tàu thủy, thuyết thần bí, lý thuyết sai, dự đoán kinh nghiệm Chương 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN Theo chiều hướng thực, ngành cơng nghiệp hóa thời tiền sử mà người lần cố gắng kiểm sốt điều chỉnh mơi trường họ Ngành cơng nghiệp hóa phát triển ngành thương mại nghề khác Với kiến thức ỏi khoa học hóa học khơng có phương tiện phân tích hóa học, kỹ sư đầu hóa phải dựa vào thuật mê tín trước Như người ta hình dung, tiến trình chậm Cơng nghệ hóa học, các q trình và thiết bị cơ học, truyền nhiệt, truyền khối 16/08/16 1.1 Cơng nghệ hóa học 1.1 Cơng nghệ hóa học Điều thay đổi theo thời gian Ngành cơng nghiệp hóa giới ngày vươn tới liên hợp nguồn nguyên liệu, nhà máy sản xuất, phương tiện phân phối mà cung cấp cho xã hội hàng ngàn sản phẩm hóa chất, hầu hết số chúng biết bến cách kỷ Nửa sau kỷ 19, nhu cầu tăng trưởng làm nảy sinh cho kỹ sư đào tạo với ngun lý cơng nghệ hóa học Nhu cầu cuối đáp ứng kỹ sư hóa 16/08/16 16/08/16 Kỹ thuật cơng nghệ hóa học bao gồm nhiều trình khác thực dạng thiết bị khác Trong ngun vật liệu thơng qua tác động tương tác mặt vật lý, hóa lý hóa học biến đổi chuyển hóa để thành sản phẩm Cùng với biến đổi chất có thay đổi lượng động lượng Vì đối tượng kỹ thuật cơng nghệ hóa học trình thiết bị Nghiên cứu trình thiết bị nhằm: oTạo điều kiện cải tiến trình cũ, cải tiến thiết bị để tăng nhanh sản lượng, nâng cao chất lượng sản phẩm oTiến hành giới hóa tự động hóa q trình sản xuất, áp dụng kỹ thuật tiên tiến, nhằm giảm mức sử dụng nguyên vật liệu, chi phí chất đốt, lượng để đạt hiệu kinh tế cao 16/08/16 8/16/2016 1.1 Cơng nghệ hóa học 1.1 Cơng nghệ hóa học Trong cơng nghệ hóa học thực phẩm bao gồm nhiều phương pháp sản xuất khác nhau, song nhìn chung trình chế biến thực trình trình vật lý, hóa lý giống lắng, lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, trích ly, sấy khơ, đơng lạnh,… Các q trình tiến hành thiết bị Vì vậy, thiết bị nhà máy hóa chất, thực phẩm có nhiều loại, nhiều kiểu, song đảm nhận nhiệm vụ có nguyên tắc cấu tạo 16/08/16 1.1 Công nghệ hóa học 16/08/16 Nội dung Như vậy, trang bị đầy đủ kiến thức môn học, kỹ sư hóa tương lai có khả năng: oTrong điều hành sản xuất: dễ dàng tiếp cận chế độ làm việc thích hợp đẻ nâng cao suất thiết bị chất lượng sản phẩm; biết tìm khâu yếu dây chuyền sản xuất để cải tiến oTrong thiết kế: biết đánh giá lựa chọn sơ đồ cơng nghệ loại thiết bị thích hợp cho q trình, biết tính tốn, thiết kế thiết bị oTrong nghiên cứu khoa học, có phương pháp nghiên cứu hợp lý, có khả thực nghiệm đánh giá kết xác, để chỉnh lý khái quát hóa kết ứng dụng vào thực tế sản xuất 16/08/16 Nắm vững kiến thức môn học “Quá trình, thiết bị cơng nghệ hóa học” có nghĩa nhà kỹ thuật có kiến thức sâu sắc vật lý, hóa lỹ q trình, hiểu biết trình thiết bị dây chuyền sản xuất công nghệ Đồng thời nắm vững nguyên tắc cấu tạo phương pháp tính tốn thiết kế để tiến hành q trình Các q trình cơng nghệ hóa học bao gồm nhiều q trình vật lý hóa lý khác Dựa vào quy luật đặc trưng trình, q trình thiết bị cơng nghệ hóa học chia thành phần sau: oCác trình thủy lực, thủy học: Nghiên cứu định luật thủy tĩnh, thủy động, chuyển động chất lỏng, khí; q trình thiết bị vận chuyển chất lỏng, khí; phân riêng hệ khơng đồng nhất; gia công, phân loại vận chuyển vật liệu rời oCác trình nhiệt kỹ thuật lạnh: Nghiên cứu định luật truyền nhiệt, trình thiết bị trao đổi nhiệt, trình thiết bị lạnh; oCác trình khuếch tán: Nghiên cứu sở lý thuyết chung định luật chuyển khối, trình thiết bị chưng luyện, hấp thu, hấp phụ, trích ly, kết tinh, sấy oCác q trình hóa học: Nghiên cứu trình thiết bị phản ứng hóa học 16/08/16 8/16/2016 Nội dung 1.2 Cơ học lưu chất Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học mơn học kỹ thuật sở cho kỹ sư ngành hóa chất, thực phẩm, mơi trường Đây mơn học có sở lý thuyết rộng lại gần với thực tế sản xuất Do đó, nghiên cứu mơn học sinh viên cần tìm hiểu sâu lý thuyết, nắm vững phương pháp tính tốn ngun lý vận hành thiết bị Đồng thời phải liên hệ với thực tế quan sát thực tế Với lưu tâm dòng lưu chất, lịch sử đường ống nối ống Đế chế La Mã “Các kỹ sư” khéo léo thời điểm đưa giải pháp cung cấp nhu cầu bất tận nước cho thành phố sau giải nước phải tạo người La Mã Hệ thống họ dựa vào ống chế tạo từ gỗ đá động lực di chuyển nước lực trọng trường Để phục vụ cho lý thuyết mơn học vòn có tập, thí nghiệm đồ án môn học Nội dung chúng rút từ thực tế sản xuất Mục đích khơng để làm sáng tỏ thêm lý thuyết, mà đề bước đầu học sinh tập dượt, giải vấn đề cụ thể thực tế sản xuất Thời gian trôi qua, nhiều cải tiến thực hệ thống ống Các cải tiến bao gồm chọn vật liệu, hình dạng kích thước ống; ống bay làm từ kim loại khác nhau, nhựa chí thủy tính, với đường kings bề dày khác Thách thức kết nối ống việc thực nối ống Sự thay đổi thiết kế ống cuối tạo từ nhu cầu tiến triển công nghiệp yêu cầu đặc thù tính chất lưu chất cần vận chuyển 16/08/16 1.2 Cơ học lưu chất 10 1.2 Cơ học lưu chất Máy bơm truy ngun đến 3000 trước Cơng ngun Mesopotamia Nó sử dụng để cung cấp nước cho trồng thung lũng sơng Nile Bơm đòn bẩy dài với vật nặng đầu xô đầu Việc sử dụng bơm trở nên phổ tiến Trung Đông kỹ thuật sử dụng đến năm 2000 Đôi khi, loạt bơm sử dụng để cung cấp lưu lượng nước không đổi tới trồng xa nguồn cấp Một bơm nguyên thủy khác xích gàu, vòng liên tục gàu chuyển động qua bánh xe puli; người ta tin loại bơm sử dụng để tưới Vườn Treo Babylon khoảng năm 600 trước Công nguyên 16/08/16 16/08/16 11 Nổi tiếng loại bơm sơ khai trục vít Archimedean Bơm phát minh nhà toán học nhà phát minh lỗi lạc Hy Lạp Archimedes (287 – 212 trước Công nguyên) Bơm chế tạo từ ống kim loại trục vít hình xoắn ốc sử dụng để đưa nước lên trục vít xoay Bơm ép đại theo từ bơm so khai mà có đặc trưng xy lanh với piston đỉnhmà tạo chân không đưa nước lên cao Bơm ép thiết kế Ctesibus Alexandria, Ai Cập Leonardo Da Vinci (1452 – 1519) người đưa ý tưởng nâng nước phương pháp lực ly tâm; nhiên, hoạt động bơm ly tâm mô tả cách khoa học nhà vật lý người Pháp Denis Papin (1647 – 1714) vào năm 1687 16/08/16 12 8/16/2016 1.2 Cơ học lưu chất 1.3 Đơn vị đo Năm 1754, Leohard Euler phát triển nguyên lý mà bơm ly tâm hoạt động ngày thuật ngữ hiệu bơm lý tưởng, “cột áp Euler”, đặt tên cho ông Ở Hoa Kỳ, bơm ly tâm sản xuất Massachusetts Pump Factory James Stuart xây dựng bơm ly tâm nhiều tầng cánh vào năm 1849 16/08/16 13 1.3 Đơn vị đo  Trên giới ngày nay, có nhiều hệ đơn vị đo khác như: o Hệ CGS (Centimeter Gramme Second) o Hệ Anh (English) o Hệ MKS (Meter Kilogram Second) o Hệ MKSA (Meter Kilogram Second Ampere) o Hệ Á Đông (thước, tấc, yến, tạ, sào, mẫu…) o Hệ phi tổ chức (gang tay, sào đứng, bước chân…) 16/08/16 14 1.3 Đơn vị đo  Sự tồn hệ đơn vị đo lường khác dẫn đến tình trạng đơn vị đại lượng vật lý, tùy thuộc vào hệ đo, có kích thước khác tên gọi kí hiệu khác Đấy tượng khơng nên có Đặc biệt trình phát triển khoa học kỹ thuật, hàng loạt lĩnh vực thâm nhập, đan xen kết hợp vào tạo nhiều ngành khoa học Vì từ gần kỉ qua, người ta cố gắng xây dựng hệ đo lường mang tính phổ biến thơng dụng nhất, để đáp ứng tối đa đòi hỏi đo lường ngành khoa học, kĩ thuật sống hàng ngày cho người 16/08/16  Khái niệm: Đơn vị đo giá trị đại lượng vật lí đại lượng xác định khác công nhận đơn vị dùng để so sánh đo hay nhiều đại lượng khác loại Ví dụ: xentimét, mét, hải lí, inxơ,… đơn vị dùng để đo hay so sánh chiều dài vật; gam, kilôgam, pao, yến,… dùng để so sánh khối lượng vật,… 15  Ở Hội nghị Đo lường Quốc tế lần thứ XI Paris năm 1960, người ta thông qua nghị công nhận hệ đơn vị đo lường quốc tế SI (Système International d’Unites) kêu gọi nước giới nhanh chóng triển khai ứng dụng hệ Ngay sau hàng loạt Tổ chức Quốc tế Tiêu chuẩn Đo lường (ISO), Ủy ban Tiêu chuẩn Hội đồng kinh tế châu Âu Hội đồng tương trợ Kinh tế nước XHCN (trước đây), Việt Nam thành viên, công nhận 16/08/16 16 8/16/2016 1.3 Đơn vị đo 1.3 Đơn vị đo Hệ SI dựa giả thiết sau: oHệ có đơn vị đo mét (m), kilogam (kg), giây (s), Ampe (A), Kelvin (K), mol, canđela (cd) tương ứng với đại lượng vật lí bản: chiều dài, khối lượng, thời gian, cường độ dòng điện, nhiệt độ nhiệt động lực học, lượng chất cường độ ánh sáng oNgoài ra, hệ có thêm đơn vị đo bổ sung rađian sterađian dùng để đo góc phẳng góc khối oCác đơn vị đo dẫn xuất dùng để đo đại lượng dẫn xuất tương ứng Các đại lượng hình thành sở định luật (hay biểu thức) vật lí biểu diễn phụ thuộc chúng vào đại lượng theo nguyên tắc liên thông đơn vị 17 16/08/16 1.3 Đơn vị đo 16/08/16 Các đơn vị đo dẫn xuất dùng để đo đại lượng dẫn xuất Chúng suy từ phương trình định nghĩa xác định mối liên hệ đại lượng đại lượng dẫn xuất Ví dụ: m/s cho phép đo vận tốc, m2 cho phép đo diện tích,… 3 đơn vị m, kg, s cho phép tạo đơn vị dẫn xuất tất đại lượng học đơn vị lại A, K, cd, mol bổ sung riêng lẻ tất vào nhóm ba đơn vị đầu cho phép tạo tất đơn vị dẫn xuất cho đại lượng điện, từ, hóa, nhiệt, quang,… 16/08/16 18 1.3 Đơn vị đo Ngoài đơn vị, hệ đơn vị đo quốc tế sử dụng ước số bội số đơn vị đo theo chuẩn quy ước bảng Ước số Tên Ký hiệu Trị số Tên Atto a 10‐18 Deca Femto f 10‐15 Hecto Picơ p 10‐12 Kilo Nanơ n 10‐9 Mega Micrơ µ 10‐6 Giga Mili m 10‐3 Tera Centi c 10‐2 Peta Deci d 10‐1 Ecxa Đơn vị đo hệ đo lường công nhận cách quy ước dựa mẫu chuẩn tương ứng, quy định từ trước Giá trị đơn vị đo dùng để định lượng đại lượng loại Bội số Ký hiệu Trị số da 101 h 102 k 103 M 106 G 109 T 1012 P 1015 E 1018 Do kỹ sư thường dính líu đến đơn vị chuyển đổi đơn vị, hệ đơn vị Anh SI sử dụng thông qua sách Tất đại lượng tính chất vật lý hóa học diễn tả hệ đơn vị Các phương trình nói chung có thứ nguyên liên quan đến số đại số hạng Để cân đạt được, số hạng phương trình phải có thứ ngun (có nghĩa phương trình phải đồng thứ nguyên) Điều kiện đạt cách dễ dàng Bây xem xét ví dụ tính tốn chu vi, , hình chữ nhật với chiều dài chiều cao Về mặt tốn học, cơng thức tính chu vi diễn tả sau: 2 Đây dạng đơn giản phương trình tốn học Tuy nhiên, áp dụng , , diễn tả đơn vị 19 16/08/16 20 8/16/2016 1.3 Đơn vị đo 1.3 Đơn vị đo Một số/hệ số chuyển đổi thuật ngữ mà sử dụng để xác định đơn vị dạng thuận tiện Tất hệ số chuyển đổi có độ lớn đơn vị, mà thể dạng 1.0 (phần tử đơn vị) mà khơng có đơn vị Một hệ số chuyển đổi thường sử dụng 25,4 mm/in Thuật ngữ xác định từ định nghĩa sau: 1 in 25, 4 mm Ví dụ: Chuyển kW sang hp Lời giải: 1 kW 10 W 23,730 lb ft s 1 lb ft J 1 kg 1 m 0,3048 0,4536 10 10 10 s 1 s 1 s 1 s 23,730 slug ft slug ft lb ft 737 737 1,34 hp 32,2 s s s Nếu vế phương tình chia cho in thì: 25,4 mm/in 1.0 Hãy lưu ý hệ số chuyển đổi này, hệ số khác, phần tử đơn vị mà khơng có đơn vị 16/08/16 21 1.3 Đơn vị đo 16/08/16 22 1.3 Đơn vị đo Ví dụ: Chuyển đơn vị đo sau: Lời giải a/ 8,03 yr sang s a/ Các hệ số chuyển đổi sau cần thiết: 365 day/yr 24 h/day 60 min/h 60 s/min b/ 150 mile/h sang m/s c/ 100,0 m/s2 sang ft/min2 d/ 0,03 g/cm3 sang lb/ft3 Sắp xếp hệ số chuyển đổi để đơn vị đơn giản với ta thu kết sau: 365 day 24 h 60 min 60 s 8.03 yr 2,53 10 s yr day h 16/08/16 23 16/08/16 24 8/16/2016 1.3 Đơn vị đo 1.3 Đơn vị đo Tương tự cho câu khác Ví dụ: Chuyển poise sang đơn vị theo hệ British SI b/ 2,6 10 yd/h Lời giải: c/ 1,181 10 ft/min 1 P d/ 2,0 lb/ft 1 P 16/08/16 25 1.4 Thuyết đồng dạng phương pháp phân tích thứ nguyên g cm s lb lb lb 453,6 0,0672 242 ft s ft h ft 1 s 30,48 kg 1 g kg 1000 0,1 0,1 Pa s 1 cm 1 s m s m 1 s 100 1 g 1 cm 1 s 16/08/16 26 1.5 Các khái niệm chung Lưu chất (fluid): Trong vật lý, lưu chất chất biến dạng cách liên tục tác dụng ứng suất cắt oLưu chất tập hợp chất lỏng (liquids), chất khí (gases) plasmas oLưu chất có tính chất khác biệt so với chất rắn:  Tính liên tục  Tính chảy oLưu chất phân loại thành dạng sau:  Lưu chất Newton (Newtonian fluids) lưu chất phi Newton (Non‐ Newtonian fluids)  Lưu chất nén (Compressible fluids) lưu chất không nén (Incompressible Fluids)  Lưu chất lý tưởng (Ideal Fluids) lưu chất thực (Real Fluids) Sinh viên đọc thêm giáo trình 16/08/16 g cm s 27 16/08/16 28 8/16/2016 1.5 Các khái niệm chung 1.5 Các khái niệm chung Các thông số đặc trưng cho lưu chất: oKhối lượng riêng (density):  Định nghĩa: Khối lượng riêng chất khối lượng đơn vị thể tích  Kí hiệu: Các thơng số đặc trưng cho lưu chất: oKhối lượng riêng (density):  Đối với khí lý tưởng khối lượng riêng phụ thuộc áp suất xác định sau:  Đơn vị: • Hệ SI: kg/m3 • Hệ Imperial: lb/in3, lb/ft3, lb/UK gal, lb/US gal  Là đại lượng phụ thuộc vào nhiệt độ, đa số cho sẵn bảng tra cứu • Trong đó: P_áp suất (atm), M_khối lượng phân tử (kg/kmol), R_hằng số khí lý tưởng (0,082 m3.atm/(kmol.K)), T_nhiệt độ (K)  Khi biết khối lượng riêng điều kiện , khối lượng riêng khí điều kiện khác , xác định sau: 16/08/16 29 1.5 Các khái niệm chung 1.5 Các khái niệm chung Các thông số đặc trưng cho lưu chất: oThể tích riêng (specific volume):  Định nghĩa: Thể tích riêng chất tỷ lệ thể tích chất với khối lượng Thể tích riêng đại lượng nghịch đảo khối lượng riêng  Kí hiệu: Các thơng số đặc trưng cho lưu chất: oThể tích riêng (specific volume):  Bảng sau cho biết khối lượng riêng thể tích riêng số chất thường dùng 0oC atm Chất  Đơn vị: • Hệ SI: m3/kg • Hệ Imperial: ft3/lb  Là đại lượng phụ thuộc vào nhiệt độ, đa số cho sẵn bảng tra cứu 16/08/16 30 16/08/16 31 16/08/16 KLR TTR Chất KLR TTR Air 1.29 0.77 Carbon dioxide 1.977 0.506 Ice 916.7 0.00109 Chlorine 2.994 0.334 Water (liquid) 1000 0.00100 Hydrogen 0.0899 11.12 Salt Water 1030 0.00097 Methane 0.717 1.39 Mercury 13546 0.00007 Nitrogen 1.25 0.799 R‐22* 3.66 0.273 Steam* 0.804 1.24 Ammonia 0.769 1.30 32 8/16/2016 1.5 Các khái niệm chung 1.5 Các khái niệm chung Các thông số đặc trưng cho lưu chất: oTrọng lượng riêng (specific weight):  Định nghĩa: Trọng lượng riêng chất trọng lượng đơn vị thể tích chất  Kí hiệu:  Đơn vị: • Hệ SI: N/m3 • Hệ Imperial: lbf/ft3 33 16/08/16 1.5 Các khái niệm chung Tỷ trọng (d, SG) Chất (substance) 16/08/16 34 Các thông số đặc trưng cho lưu chất: oVí dụ: Xác định khối lượng riêng, tỷ trọng, khối lượng khơng khí phòng có kích thước 4m x 5m x 6m áp suất 100 kPa 25oC Tỷ trọng (d, SG) Acetic Acid 1.052 Mercury 13.59 Acetone 0.787 Sea water 1.028 Alcohol, ethyl (ethanol) 0.787 Nitrogen 0.00125 Beer 1.01 PVC 1.36 Crude oil, California 0.918 Rubber 0.96 Gasoline 0.713 Steel 7.82 Kerosene 0.820 Water (4oC) 1.00 Olive Oil 0.703 Toluene 0.865 16/08/16  Khối lượng riêng nước 1000 kg/m3  Đơn vị: khơng có đơn vị đo 1.5 Các khái niệm chung Các thông số đặc trưng cho lưu chất: oTỷ trọng (specific gravity):  Bảng sau cho biết tỷ trọng số chất thông dụng Chất (substance) Các thông số đặc trưng cho lưu chất: oTỷ trọng (specific gravity):  Định nghĩa: Tỷ trọng tỷ số khối lượng chất với khối lượng riêng chất tham chiếu  Kí hiệu: ,  Chất tham chiếu nước 4oC (áp suất atm) 35 16/08/16 36 8/16/2016 1.5 Các khái niệm chung 1.5 Các khái niệm chung Các thông số đặc trưng cho lưu chất: oĐộ nhớt (viscosity):  Độ nhớt lưu chất thông số đại diện cho ma sát nội dòng chảy  Độ nhớt phân thành: độ nhớt động lực học (dynamic or absolute viscosity) độ nhớt động học (kinematic viscosity)  Là đại lượng phụ thuộc vào nhiệt độ cho sẵn bảng tra cứu 16/08/16 Các thông số đặc trưng cho lưu chất: oĐộ nhớt (viscosity):  Độ nhớt động lực học (dynamic or absolute viscosity)  Kí hiệu:  Đơn vị: • Hệ SI: Pa.s (kg/(m.s)) • Hệ CGS: P (poise), cP (centipoise) kg N s 10 cP 1 Pa s m s m 37 1.5 Các khái niệm chung 38 1.5 Các khái niệm chung Các thông số đặc trưng cho lưu chất: oĐộ nhớt (viscosity):  Độ nhớt động học (kinematic viscosity)  Kí hiệu: Áp suất oĐịnh nghĩa: áp lực tác dụng vuông góc lên đơn vị diện tích bề mặt chịu lực oKí hiệu: P oĐơn vị:  Hệ SI: Pa (N/m2)  Hệ Imperial: psi (lbf/in2)  Các hệ khác: atm, at, kgf/cm2, bar, mmHg, mH2O, torr  Đơn vị: • Hệ SI: m2/s • Hệ CGS: St (stokes), cSt (centistokes) m 10 cSt s 16/08/16 16/08/16 39 16/08/16 40 8/16/2016 1.5 Các khái niệm chung 1.5 Các khái niệm chung Áp suất oBảng sau cho biết mối quan hệ đơn vị đo áp suất Pascal 1 Pa 1 bar Technical atmosphere Bar Standard atmosphere (Pa) (bar) (at) (atm) 10−5 1.0197×10−5 9.8692×10−6 Pounds per square inch Torr (Torr) (psi) 7.5006×10−3 1.450377×10−4 105 1.0197 0.98692 750.06 1 at 9.80665×104 0.980665 0.9678411 735.5592 14.22334 1 atm 1.01325×105 1.01325 1.0332 760 14.69595 133.3224 1.333224×10−3 1.359551×10−3 1.315789×10−3 1.933678×10−2 6.8948×103 6.8948×10−2 7.03069×10−2 6.8046×10−2 51.71493 1 Torr 1 psi 16/08/16 14.50377 41 1.5 Các khái niệm chung  Áp suất chân không (Pck, Pvac): chênh lệch áp suất áp suất khí áp suất tuyệt đối 16/08/16 42 1.5 Các khái niệm chung Áp suất oPhân loại áp suất:  Áp suất thực tế vị trí áp suất tuyệt đối  Hầu hết dụng cụ đo áp suất chế tạo để đo áp suất có giá trị zero áp suất khí quyển, chúng đo độ chênh lệch áp suất tuyệt đối áp suất khí cục bộ, gọi áp suất dư  Áp suất dư dương âm, nhiên áp suất thấp áp suất khí gọi áp suất chân không đo chân khơng kế  Trong nhiều giáo trình người ta thêm vào sau đơn vị đo áp suất chữ “a” (abs) để áp suất tuyệt đối, chữ g (gage) để áp suất dư, ví dụ: psia, psig 16/08/16 Áp suất oPhân loại áp suất:  Áp suất tuyệt đối (Ptđ, Pabs): áp suất điểm tính từ chân khơng tuyệt đối  Áp suất khí (Pkq, Patm): áp suất khối khơng khí bao quanh trái đất tạo nên  Áp suất dư (Pdư, Pgage): chênh lệch áp suất áp suất tuyệt đối áp suất khí Áp suất oPhân loại áp suất:  Ví dụ: Một chân khơng kế gắn vào bồn chứa đo 5,8 psi nơi có áp suất khí 14,5 psi Hãy xác định áp suất tuyệt đối bình  Hướng dẫn giải: • Áp suất tuyệt đối bồn chứa: → 14,5 psi 5,8 psi 8,7 psi 43 16/08/16 44 8/16/2016 1.5 Các khái niệm chung 1.5 Các khái niệm chung Hoạt động gián đoạn, liên tục, liên hợp oQuá trình gián đoạn  Quá trình gián đoạn đặc trưng thống vị trí thực giai đoạn riêng biệt trình trạng thái không ổn định theo thời gian  Người ta tiến hành trình gián đoạn thiết bị làm việc gián đoạn mà sản phẩm cuối lấy khỏi thiết bị hoàn toàn hay phần sau khoảng thời gian quy định Sau tháo sản phẩm ra, người ta đổ vào thiết bị lượng vật liệu ban đầu, chu trình sản xuất lặp lại lần trước  Do trạng thái không ổn định trình gián đoạn, điểm khối vật chất chế biến hay tiết diện thiết bị, đại lượng lý học thơng số (ví dụ nhiệt độ, áp suất, nồng độ, tốc độ,…) đặc trưng cho trình trạng thái vật chất đem chế biến thay đổi theo thời gian thực trình 16/08/16 45 1.5 Các khái niệm chung 16/08/16 46 1.5 Các khái niệm chung Hoạt động gián đoạn, liên tục, liên hợp oQuá trình liên hợp  Quá trình liên hợp có nghĩa q trình liên tục mà giai đoạn riêng biệt tiến hành gián đoạn, có nghĩa trình gián đoạn mà hay vài giai đoạn tiến hành liên tục 16/08/16 Hoạt động gián đoạn, liên tục, liên hợp oQuá trình liên tục  Quá trình liên tục đặc trưng thống thời gian thực tất giai đoạn trình, trạng thái ổn định tháo liên tục sản phẩm cuối  Người ta thực trình liên tục thiết bị làm việc liên tục  Do trạng thái ổn định điểm khối vật chất chế biến hay tiết diện thiết bị, đại lượng lý học hay thông số đặc trưng cho trình, suốt thời gian thực q trình thực tế giữ khơng đổi 47 Hoạt động gián đoạn, liên tục, liên hợp oCác trình liên tục có nhiều ưu điểm so với trình gián đoạn trình liên hợp Trước hết, ưu điểm gồm có:  Có thể thực khí hóa tự động hóa hồn tồn, cho phép giảm bớt lao động chân tay tới mức tối thiêu  Các sản phẩm nhận đồng làm tăng chất lượng chúng  Trang bị cần thiết để thực q trình tiện nghi, cho phép giảm bớt chi phí đầu tư chi phí tu sửa oVì tất ngành kỹ thuật, người ta có xu hướng chuyển từ trình sản xuất gián đoạn sang trình sản xuất liên tục 16/08/16 48 8/16/2016 1.5 Các khái niệm chung 1.5 Các khái niệm chung Năng suất, công suất, hiệu suất oNăng suất: Đặc trưng thiết bị máy móc suất chúng Người ta biểu thị suất số lượng vật liệu đem chế biến đơn vị thời gian (giây, phút, giờ, ngày) hay số lượng sản phẩm nhận sau chế biến đơn vị thời gian  Người ta biểu diễn suất theo đơn vị sau: • Đơn vị khối lượng, ví dụ: kg/s, kg/ph, tấn/ngày,… • Đơn vị thể tích, ví dụ: l/s, l/ph, m3/h, m3/ngày,… • Đơn vị mol, ví dụ: mol/s, kmol/h,… • Đơn vị chiếc, ví dụ: chiếc/giờ, chiếc/ngày,… 16/08/16 49 1.5 Các khái niệm chung 16/08/16 50 1.5 Các khái niệm chung Năng suất, công suất, hiệu suất oHiệu suất:  Tỷ số cơng suất hữu ích N với cơng suất thực tế Ntt có kể tổn thất, gọi hiệu suất máy hay thiết bị, kí hiệu  (eta) tính theo cơng thức sau:  Trong thực tế hiệu suất luôn nhỏ (hoặc 100%) Máy móc thiết bị làm việc hồn chỉnh hiệu suất gần (hoặc 100%) 16/08/16 Năng suất, công suất, hiệu suất oCông suất:  Công suất công tiêu hao hay nhận đơn vị thời gian  Đơn vị đo thường kilơốt (kW) mã lực (hp)  Cần phân biệt công suất tiêu hao trục máy cho với công suất động dùng để chạy máy Do hao phí lượng cấu truyền động mà công suất động luô phải lớn công suất cần thiết trục thiết bị hay máy  Do đó, cơng hữu ích hay cơng suất hữu ích ln ln nhỏ cơng hay cơng suất thực tế tiêu hao 51 Tính tốn cân vật chất cân lượng oĐối với q trình sản xuất, ngồi chi phí lao động, cần có: vật liệu đem chế biến, lượng dùng việc chế biến vật liệu, thiết bị máy để thực trình oNhững vật liệu dùng trình sản xuất nguyên liệu, bán thành phầm thành phẩm lúc nguyên chất tuyệt đối mà hỗn hợp vài chất cá biệt (các cấu tử) oThành phần hỗn hợp thường biểu diễn phần trăm trọng lượng phần trọng lượng hay phần Nhưng nhiều trường hợp tiến hành tính tốn kỹ thuật, muốn tiện lợi người ta dùng phần trăm phân tử phần tử thay cho phần trọng lượng phần trăm trọng lượng để biểu thị thành phần vật liệu hỗn hợp chúng 16/08/16 52 8/16/2016 1.5 Các khái niệm chung 1.5 Các khái niệm chung Tính toán cân vật chất cân lượng oCân vật chất  Để xác định lượng vật liệu ban đầu, lượng sản phẩm ra, kích thước suất thiết bị, trước hết cần thực phép tính vật liệu sở định luật bảo tồn vật chất tỷ lệ tính tốn hóa học biểu diễn phương trình hóa học  Theo định luật bảo toàn vật chất lượng G1 vật liệu đem chế biến cần phải lượng G2 vật liệu nhận sau chế biến xong, tức là: 16/08/16 53 1.5 Các khái niệm chung • Trong đó, Gtt_những tổn thất (hao phí)  Cơng thức gọi phương trình cân vật chất Trong mức độ phương trình dùng cho cơng đoạn định hay tồn q trình, dùng cho giai đoạn q trình 16/08/16 54 1.5 Các khái niệm chung Tính tốn cân vật chất cân lượng oCân vật chất  Cân vật liệu thiết lập tất vật liệu tham dự qua trình cấu tử  Lấy ví dụ, cân cấu tử q trình sấy vật liệu ẩm thiết lập theo lượng vật liệu khô vật liệu đem sấy theo lượng nước chứa vật liệu  Khi thành lập phương trình cân vật chất q trình hóa học người ta dùng phương trình biểu diễn phản ứng xảy trình  Thường người ta ghi số liệu cân vật chất vào bảng thu nhận tiêu hao vật liêu, đơi muốn thấy rõ ràng người ta thành lập thêm đồ thị biểu diễn lượng vật liệu theo tỷ lệ xích định 16/08/16 Tính tốn cân vật chất cân lượng oCân vật chất  Tuy trình thực hiện, thực tế luôn xảy tổn thất vật liệu, kết lượng sản phẩm nhận sau thực q trình ln ln bé lượng vật liệu ban đầu đem chế biến, đó: 55 Tính toán cân vật chất cân lượng oCân vật chất 16/08/16 56 8/16/2016 1.5 Các khái niệm chung 1.5 Các khái niệm chung Tính tốn cân vật chất cân lượng oCân vật chất 16/08/16 Tính tốn cân vật chất cân lượng oCân vật chất 57 1.5 Các khái niệm chung 58 1.5 Các khái niệm chung Tính tốn cân vật chất cân lượng oCân vật chất  Trong thực tế cân vật chất có giá trị lớn việc tiến hành q trình cơng nghệ cách đắn Khi thiết kế sở sản xuất cho phép ta chọn sơ đồ trình cơng nghệ kích thước thiết bị Trong sản xuất, dựa vào cân vật chất, người ta phát tổn thất vật liệu vơ ích, xác định thành phần số lượng sản phẩm phụ tạp chất tìm cách giảm bớt chúng  Cân vật chất phản ánh mức độ hồn chỉnh q trình sản xuất tình hình sản xuất Cân vật chất thiết lập đầy đủ q trình cơng nghệ cho nghiên cứu tỷ mỷ, tổn thất sản phẩm phụ q trình tiến hành đắn  Nếu không thiết lập cân vật chất điều chứng tỏ q trình cho nghiên cứu Sự xuất tổn thất lớn cân vật chất chứng tỏ phần cơng việc q trình cho cần phải hồn chỉnh 16/08/16 16/08/16 59 Tính toán cân vật chất cân lượng oCân lượng  Chế biến vật liệu q trình cơng nghệ có liên quan với hao phí lượng (nhiệt, cơ, điện,…)  Muốn xác định lượng tổn thất (hao phí) người ta thành lập cân lượng  Người ta thiết lập cân lượng sở định luật bảo toàn lượng, theo định luật số lượng dùng vào trình phải số lượng nhận sau thực trình, hay nói cách khác, trình lượng thu vào lượng hao phí  Đẳng thức nghiệm thực tế kể đến tất tổn thất lượng không tránh khỏi trình sản xuất 16/08/16 60 8/16/2016 1.5 Các khái niệm chung 1.5 Các khái niệm chung Tính tốn cân vật chất cân lượng oCân lượng  Ta kí hiệu: • Q1_lượng nhiệt mang vào trình với vật liệu dạng nhiệt lý (đơn vị J cho trình gián đoạn, W cho q trình liên tục) • Q2_lượng nhiệt từ ngồi mang vào q trình (J W) • Q3_lượng nhiệt mang thực trình (J W) • Q4_lượng nhiệt mang ngồi q trình với vật liệu dạng nhiệt lý, (J W) • Q5_lượng nhiệt tổn thất mơi trường xung quanh (J W)  Khi phương trình cân nhiệt có dạng sau: 16/08/16 61 1.5 Các khái niệm chung Tính tốn cân vật chất cân lượng oCân lượng  Theo phương trình xác định đại lượng số năm đại lượng với điều kiện cho biết bốn đại lượng lại Trong thiết kế thường thường người ta xác định nhiệt lượng cần thiết đưa từ ngồi vào theo phương trình cân nhiệt lượng, kiểm tra thiết bị máy móc làm việc – nhiệt lượng tổn thất 16/08/16 62 Tổng kết chương Tính tốn cân vật chất cân lượng oCân lượng 16/08/16 63 16/08/16 64 ... hệ đơn vị đo khác như: o Hệ CGS (Centimeter Gramme Second) o Hệ Anh (English) o Hệ MKS (Meter Kilogram Second) o Hệ MKSA (Meter Kilogram Second Ampere) o Hệ Á Đông (thước, tấc, yến, tạ, sào, mẫu…)... nhớt (viscosity):  Độ nhớt lưu chất thông số đại diện cho ma sát nội dòng chảy  Độ nhớt phân thành: độ nhớt động lực học (dynamic or absolute viscosity) độ nhớt động học (kinematic viscosity)... (Newtonian fluids) lưu chất phi Newton (Non‐ Newtonian fluids)  Lưu chất nén (Compressible fluids) lưu chất không nén (Incompressible Fluids)  Lưu chất lý tưởng (Ideal Fluids) lưu chất thực (Real