KỶ THUẬT THỰC PHẨM 2 IUH Quá trình truyền nhiệt được phân biệt thành quá trình truyền nhiệt ổn định và quá trình truyền nhiệt không ổn định. Quá trình truyền nhiệt ổn định là quá trình mà ở đó nhiệt độ chỉ thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian. Quá tinh truyền nhiệt không ổn định là quá trình mà ở đó nhiệt độ thay đổi theo cả không gian và thời gian. Nội dung bài này cho ta biết cách vận hành thiết bị , tìm được các thông số cần tính : lưu lượng dòng nóng , lưu lượng dòng lạnh , nhiệt lượng trao đổi ,… Từ đó xác định được hệ số truyền nhiệt thực nghiệm của thiết bị để so sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết và vẽ đồ thị thu được.
GVHD : Phạm Văn Hưng SVTH : Phan Ngọc Ngân MSSV : 17037461 Ngày : 29/3/2019 – Chiều thứ 6 MỤC LỤC BÀI 2 : THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG …………………………2 2.1 Tóm tắt ……………………………………………………………… 2 2.2 Giới thiệu………………………………………………………………2 2.3 Mục đích thí nghiệm ………………………………………………… 2 2.4 Cơ sở lý thuyết…………………………………………………………3 2.5 Số liệu thực hành thí nghiệm ………………………………………….4 2.5.1 Trường hợp xuôi dòng……………………………………………… 4 2.5.1 Trường hợp ngược dòng …………………………………………… 5 2.6 Xử lý số liệu mẫu………………………………………………………5 2.7 Kết quả thu được từ xử lý mẫu ……………………………………… 10 2.7.1 Trường hợp xuôi dòng……………………………………………….10 2.7.2 Trường hợp ngược dòng ……………………………………………12 2.8 Kết luận……………………………………………………………….14 2.9 Tài liệu tham khảo ……………………………………………………15 1 BÀI 2 THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG 2.1 – Tóm tắt : -Quá trình truyền nhiệt được phân biệt thành quá trình truyền nhiệt ổn định và quá trình truyền nhiệt không ổn định Quá trình truyền nhiệt ổn định là quá trình mà ở đó nhiệt độ chỉ thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian Quá tinh truyền nhiệt không ổn định là quá trình mà ở đó nhiệt độ thay đổi theo cả không gian và thời gian -Nội dung bài này cho ta biết cách vận hành thiết bị , tìm được các thông số cần tính : lưu lượng dòng nóng , lưu lượng dòng lạnh , nhiệt lượng trao đổi ,… Từ đó xác định được hệ số truyền nhiệt thực nghiệm của thiết bị để so sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết và vẽ đồ thị thu được 2.2 – Giới thiệu : -Quá trình trao đổi nhiệt giữa 2 dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách rất thường gặp trong các lĩnh vực công nghệ hoá chất, thực phẩm, hoá dầu… Trong đó nhiệt lượng do dòng nóng toả ra sẽ được dòng lạnh thu vào Mục đích của quá trình nhằm thực hiện một giai đoạn nào đó trong quy trình công nghệ, đó có thể là đun nóng, làm nguội, ngưng tụ hay bốc hơi… Tuỳ thuộc vào bản chất quá trình mà ta sẽ bố trí sự phân bố của các dòng sao cho giảm tổn thất, tăng hiệu suất của quá trình -Hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tuỳ thuộc vào cách ta bố trí thiết bị, điều kiện hoạt động… Trong đó chiều chuyển động của các dòng có ý nghĩa rất quan trọng 2.3- Mục đích thí nghiệm : -Biết vận hành thiết bị truyền nhiệt,hiểu nguyên lí 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 qua một bề mặt ngăn cách là ống lòng ống,ống chùm và 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 hai trường hợp xuôi chiều và ngược chiều 2 -Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết 2.4- Cơ sở lý thuyết : ** Tính toán hiệu suất nhiệt độ -Hiệu suất nhiệt độ trong quá trình truyền nhiệt của dòng nóng và dòng -Hiệu suất nhiệt hữu ích của quá trình truyền nhiệt Ta có: ** Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt -Nhiệt lượng dòng nóng,dòng lạnh,nhiệt tổn thất -Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt ** Hệ số truyền nhiệt *Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm -Trường hợp xuôi chiều -Trường hợp ngược chiề 3 Cái nào lớn hơn thì là Cái nào nhỏ hơn là Diện tích truyền nhiệt: Theo công thức: Suy ra: *Hệ số truyền nhiệt lý thuyết Hệ số cấp nhiệt dòng nóng 2.5 - Số liệu thực hành thí nghiệm : 2.5.1.Trường hợp xuôi dòng Bảng số liệu thô : ST T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Qnóng(l/ph) Qlạnh(l/ph) T1(nv) T2(lv) T3(nr) T4(lr) 7 7 7 7 10 10 10 10 13 13 13 13 16 16 16 16 7 10 13 16 7 10 13 16 7 10 13 16 7 10 13 16 60 57 55 53 54 53 52 51 51 51 50 49 49 48 48 47 22 23 24 25 24 23 24 24 23 23 23 23 22 22 22 22 54 50 48 45 48 46 45 43 46 45 43 42 44 43 42 41 32 33 33 33 33 32 32 31 32 31 34 30 31 31 31 30 4 2.5.2:Trường hợp ngược dòng Bảng số liệu thô : STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Qnóng(l/ph) 7 7 7 7 10 10 10 10 13 13 13 13 16 16 16 16 Qlạnh(l/ph) 7 10 13 16 7 10 13 16 7 10 13 16 7 10 13 16 T1(nv) 54 52 50 58 48 47 46 45 49 44 44 43 43 42 42 42 T2(lr) 31 27 27 26 27 26 26 27 26 25 26 25 25 25 27 24 T3(nr) 44 40 40 37 41 39 38 37 38 38 37 36 37 37 36 36 T4(lv) 28 25 27 25 25 24 25 26 24 24 25 24 24 24 25 23 2.6- Xử lý số liệu mẫu : ** Trường hợp xuôi dòng : * Làm mẫu ở lần thực hiện thứ 1 ( STT 1 ) : *Hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ trong quá trình truyền nhiệt : = 100 = 15.79 % = = 26.31 % Ta có : = 60- 54 = 6 = 32-22 = 10 *Hiệu suất nhiệt hữu ích của quá trình truyền nhiệt : 5 = = 21.05 % *Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng : Lấy pH20 = 1000 ( kg / m3 ) GN = N ( 10-3 / 60 ) pH20 = 7 ( 10-3 / 60 ) 1000 = 0.116 ( kg/s ) GL = L ( 10-3 / 60 ) pH20 = 7 ( 10-3 / 60 ) 1000 = 0.116 ( kg/s ) *Nhiệt lượng dòng nóng , dòng lạnh , nhiệt tổn thất : =4132 6 = 2876.29 ( W ) = 4132 0.116 10 = 4841.44 (W) = 2879.29 – 4841.44 = -1965.16 (W) *Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt : = ( 4841.44/2876.29 ) 100 = 168.32 % *Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm = 60 – 22 = 38 = 54 – 32 = 22 Cái nào lớn hơn thì là Cái nào nhỏ hơn là = = 29.31 *Diện tích truyền nhiệt: Với dtb = = 10-3 = 16.10-3 m = 16.10-3 6.9 = 0.35 m Theo công thức: *Xác định hệ số truyền nhiệt lý thuyết và thực nghiệm : 6 Ttb nóng = = = 57 Ttb lạnh = = = 27 Tra bảng 43, bảng 29 bảng tra cứu quá trình cơ học và thiết bị truyền nhiệt và truyền khối, NXB ĐHQG TPHCM Tra bảng 1,1 bảng trị số quá trình thiết bị và truyền nhiệt ĐHCN TPHCM Ta được: = 268 W/m2.K = 850 W/m2.K Với là hệ số dẫn nhiệt vật liệu thép không gỉ: 17.5 (W/m.K) Ta có : = = =1mm = = 201.56 (W/m2.K) = = 281.82 (W/m2.K) Tương tự cho các lần thực nghiệm xuôi dòng khác ( STT 2 -> STT 16 ) ** Trường hợp ngược dòng : * Làm mẫu ở lần thực hiện thứ 1 ( STT 1 ) : *Hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ trong quá trình truyền nhiệt : = 100 = 38.46 % = = 11.54 % Ta có : = 54 - 44 = 10 = 31 – 28 = 10 *Hiệu suất nhiệt hữu ích của quá trình truyền nhiệt : = = 25 % 7 *Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng : Lấy pH20 = 1000 ( kg / m3 ) GN = N ( 10-3 / 60 ) pH20 = 7 ( 10-3 / 60 ) 1000 = 0.116 ( kg/s ) GL = L ( 10-3 / 60 ) pH20 = 7 ( 10-3 / 60 ) 1000 = 0.116 ( kg/s ) *Nhiệt lượng dòng nóng , dòng lạnh , nhiệt tổn thất : =4155.22 10 = 4820.06( W ) = 4178.22 0.116 3 = 1453.89 (W) = 4820.06 – 1453.89 = 3366.17 (W) *Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt : = ( 1453.89/4820.06 ) 100 = 30.16 % *Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm = 54 – 31 = 23 = 44 – 28 = 16 Cái nào lớn hơn thì là Cái nào nhỏ hơn là = = 19.31 *Diện tích truyền nhiệt: Với dtb = = 10-3 = 16.10-3 m = 16.10-3 6.9 = 0.35 m Theo công thức: *Xác định hệ số truyền nhiệt lý thuyết và thực nghiệm Ttb nóng = = = 49 8 Ttb lạnh = = = 29.5 Tra bảng 43, bảng 29 bảng tra cứu quá trình cơ học và thiết bị truyền nhiệt và truyền khối, NXB ĐHQG TPHCM Tra bảng 1,1 bảng trị số quá trình thiết bị và truyền nhiệt ĐHCN TPHCM Ta được: = 284 W/m2.K = 750 W/m2.K Với là hệ số dẫn nhiệt vật liệu thép không gỉ: 17.5 (W/m.K) Ta có : = = =1mm = = 203.6 (W/m2.K) = = 715.19 (W/m2.K) Tương tự cho các lần thực nghiệm ngược dòng khác ( STT 2 - STT16 ) 2.7 – Kết quả thu được từ xử lý mẫu : 2.7.1.Trường hợp xuôi dòng Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ ST T 1 2 3 4 (%) 6 7 7 10 10 9 8 8 5 6 7 8 9 10 11 12 6 7 7 8 5 6 7 7 9 9 8 7 9 8 11 7 15.79 20.59 22.58 28.57 20 23.3 25 29.63 17.86 21.43 25.92 26.92 26.31 29.41 29.03 28.57 21.05 25 25.8 25.57 30 30 28.57 25.92 32.14 28.57 40.74 26.92 25 26.67 26.78 27.78 25 25 33.33 26.92 9 13 14 15 16 5 5 6 6 9 9 9 8 18.52 19.23 23.07 24 33.33 34.61 34.61 32 25.92 26.92 28.85 28 Bảng kết quả tính toán hệ suất truyền nhiệt STT 1 0.116 0.116 2876.2 9 2 0.116 0.167 3355.6 7 3 0.116 0.216 3355.6 7 4 0.116 0.267 3835.0 5 5 0.167 0.116 6 7 0.167 0.167 0.167 0.216 4140.8 6 4831 4831 8 0.167 0.267 5521.1 5 9 10 0.216 0.216 0.116 0.167 11 0.216 0.216 4463.2 5355.8 5 6248.4 8 12 0.216 0.267 6248.4 8 13 0.267 0.116 14 0.267 0.167 5517.0 2 5517.0 1 4841.4 4 1965.1 6 6970.0 1 3614.3 4 8113.59 4757.9 2 8914.9 4 5079.8 9 4357.3 -216.44 1 6273 -1442 7212.0 8 2381.0 8 7800.5 7 2279.4 2 4357.3 -105.9 5576.0 -220.16 1 9916.6 1 3668.1 3 7800.5 7 1552.0 8 4357.3 1159.72 6273.0 -756 1 168.32 207.7 241.78 232.45 105.22 129.84 149.28 141.28 97.63 104.11 158.7 124.83 79 113.7 10 15 0.267 0.216 6620.4 2 8113.59 16 0.267 0.267 6620.4 2 8914.9 3 1493.1 7 2294.5 2 122.55 134.65 Bảng tính toán kết quả hệ số truyền nhiệt ST T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Klt 4841.44 6970.01 8123.76 8885.57 4374.33 6251.79 7222.7 7780.01 4376.25 5558.37 9929.03 38 34 31 28 30 30 28 27 28 28 27 22 17 15 12 15 14 13 12 14 14 9 29.31 24.55 22.07 18.9 21.66 21.02 19.57 18.52 20.22 20.22 16.4 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 201.56 227.72 307.58 315.43 203.58 228.22 309.11 316.72 203.11 228.36 310.42 12 13 14 15 7783.43 4378.18 6254.54 8130.9 26 27 26 26 12 13 12 11 18.13 19.18 18.13 17.46 0.35 0.35 0.35 0.35 317.42 202.5 228.3 310.12 16 8897.3 25 11 17.07 0.35 317.94 281.82 393.02 437.62 584.43 545.96 656.99 705.77 853.03 634.35 761.37 1095.6 8 991.85 823.92 871.95 1086.7 1 1111.69 Biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa K thực nghiệm và K lí thuyết 11 1200 1000 800 600 400 200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Với 1:K lí thuyết,2:K thực nghiệm Nhận xét:khi tăng lưu lượng hệ số truyền nhiệt sẽ tăng theo 2.7.2.Trường hợp ngược dòng Bảng tính toán kết quả hiệu suất nhiệt độ STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 10 12 10 11 7 8 8 8 11 6 7 7 6 3 2 1 1 2 2 1 1 2 1 1 1 1 38.46 44.44 41.67 47.82 30.43 34.78 38.09 42.1 44 30 36.84 36.84 31.58 11.54 7.4 4.17 4.35 8.69 8.7 4.76 5.26 8 5 5.26 5.26 5.26 (%) 25 25.93 22.92 26.09 19.56 21.74 21.43 23.68 26 17.5 21.05 21.05 18.42 12 14 15 16 5 6 6 1 2 1 27.78 35.29 31.58 5.56 11.76 5.26 16.67 23.53 18.42 Bảng tính toán kết quả hiệu suất truyền nhiệt STT 1 0.116 0.116 2 0.116 0.167 3 0.116 0.216 4 0.116 0.267 5 0.167 0.116 6 0.167 0.167 7 0.167 0.216 8 0.167 0.267 9 0.216 0.116 10 0.216 0.167 11 0.216 0.216 4820.0 6 5784.0 7 4820.0 6 5302.0 6 4857.4 5 5551.3 8 5551.3 8 5551.3 8 9872.8 1 5385.1 7 6282.7 12 0.216 0.267 6282.7 13 0.267 0.116 14 0.267 0.167 15 0.267 0.216 16 0.267 0.267 6656.6 7 5547.2 2 6656.6 7 6656.6 7 1453.8 9 1395.4 3366.1 7 4388.6 7 902.41 3917.6 4 115.48 4186.5 8 969.26 3888.1 9 1395.4 4155.9 8 902.41 4648.9 6 1115.48 4435.8 9 969.26 8903.5 5 697.7 4687.4 7 902.41 5380.2 8 1115.48 5167.2 1 484.63 6172.0 4 697.7 4849.5 2 1804.8 4851.8 3 4 1115.48 5541.1 8 30.16 24.12 18.72 21.04 19.95 25.13 16.25 20.09 9.81 12.95 14.36 17.75 7.28 12.57 27.13 16.75 Bảng tính toán kết quả hệ số truyền nhiệt 13 STT Klt 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1457.47 1390.2 902.41 1112.41 973.14 1390.82 903.83 1111.92 973.57 695.56 903.83 1112.9 486.89 695.56 1807.26 1113.39 23 25 23 22 21 21 20 18 23 19 18 18 18 17 15 18 16 15 13 12 16 15 13 11 14 14 12 12 13 13 11 13 19.31 19.6 17.55 16.52 18.41 17.85 16.27 14.23 18.15 16.39 14.81 14.81 15.38 14.93 12.91 15.38 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 715.19 846.66 788.35 922.22 751.64 886.28 972.99 1112.79 1557.95 941.89 1216.09 1215.58 1235.83 1061.43 1472.91 1236.33 203.6 225.77 306.45 313.48 201.2 225.92 307.57 315.99 200.79 226.09 308.69 316.29 200.62 226.48 309.67 316.65 Biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa K thực nghiệm và K lý thuyết 1800 1600 1400 1200 1000 Ktn Klt 800 600 400 200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Với 1:K lí thuyết,2:K thực nghiệm Nhận xét:khi tăng lưu lượng hệ số truyền nhiệt sẽ giảm 2.8 Kết luận : 15 Thiết bị truyền nhiệt loại đường ống sử dụng trong bài thí nghiệm này có thể sử dụng được cho 4 bài: ống lồng ống Đồng, ống lồng ống Inox, ống xoắn, ống chùm Khảo sát quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp chảy xuôi chiều và chảy ngược chiều Thiết bị dễ tháo lắp dễ dàng khi thay bộ phận, nhưng một vài chỗ còn khiếm khuyết như không có bộ phận cách nhiệt giữa nồi đun với môi trường bên ngoài, không có bộ phận cách nhiệt với giữa đường ống với môi trường bên ngoài để giảm tối thiểu nhiệt tổn thất , bộ điều khiển sử dụng là loại ON-OFF nên độ trễ thời gian lớn, đầu dò nhiệt độ hay đo sai, vị trí đặt đầu dò không chính xác (sử dụng đầu dò “xịn” chưa đủ mà cái chính là ta phải đặt đúng vị trí trong dòng chảy) Để cải thiện những điều này thì khó thực hiện, cần phải có thêm thời gian và công sức 2.9 Tài liệu tham khảo : [1] Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học (2017 ); TT Máy và Thiết Bị; Trường ĐH Công Nghiệp tp HCM; tr54-66 [2] Bảng tra cứu quá trình cơ học, truyền nhiệt-truyền khối (2010); Bộ môn máy và thiết bị trường ĐH Bách Khoa tp HCM 16 ... T2(lr) 31 27 27 26 27 26 26 27 26 25 26 25 25 25 27 24 T3(nr) 44 40 40 37 41 39 38 37 38 38 37 36 37 37 36 36 T4(lv) 28 25 27 25 25 24 25 26 24 24 25 24 24 24 25 23 2. 6- Xử lý số liệu mẫu : ** Trường... 20 .59 22 .58 28 .57 20 23 .3 25 29 .63 17.86 21 .43 25 . 92 26. 92 26.31 29 .41 29 .03 28 .57 21 .05 25 25 .8 25 .57 30 30 28 .57 25 . 92 32. 14 28 .57 40.74 26 . 92 25 26 .67 26 .78 27 .78 25 25 33.33 26 . 92 13 14 15... 54 53 52 51 51 51 50 49 49 48 48 47 22 23 24 25 24 23 24 24 23 23 23 23 22 22 22 22 54 50 48 45 48 46 45 43 46 45 43 42 44 43 42 41 32 33 33 33 33 32 32 31 32 31 34 30 31 31 31 30 2. 5 . 2: Trường