7. Ưu nhược điểm của thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống?
Ưu điểm: sự trao đổi nhiệt được phân bố đều trên khắp chiều dài của thiết bị.
Nhược điểm: Hiệu suất truyền nhiệt thấp.Diện tích tiếp xúc giữa lưu chất và ống nhỏ.
8. Hãy cho biết các phương thức truyền nhiệt cơ bản? Trong bài thí nghiệm này có những phương thức truyền nhiệt nào?
Các phương thức truyền nhiệt cơ bản là:
- Truyền nhiệt trực tiếp.
- Truyền nhiệt gián tiếp.
- Truyền nhiệt ổn định.
- Truyền nhiệt khơng ổn định.
Trong bài thí nghiệm này có phương thức truyền nhiệt gián tiếp và ổn định.
9. Vẽ và giải thích sơ đồ cơ chế truyền nhiệt giữa 2 lưu chất qua vách ngăn ở thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống.
Nhiệt truyền từ dòng lưu chất lạnh qua vách bằng dòng bức xạ hoặc đối lưu nhiệt trong vách ống và làm lạnh dịng nóng bên trong.
10. Viết phương trình cân bằng nhiệt lượng, giải thích các thơng số và cho biết đơn vị đo của chúng
Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho 2 dịng lưu chất nóng và lạnh có dạng:
Q = G1.C1(tV1 - tR1) = G2.C2(tR2 - tV2)
Trong đó: G1, G2: lưu lượng khối lượng của dịng nóng và dịng lạnh (kg/s).
C1, C2: nhiệt dung riêng đẳng áp của nước nóng và nước lạnh (J/kg.độ).
tV1, tR1: nhiệt độ vào, ra của dịng nóng (oC). tV2, tR2: nhiệt độ vào, ra của dịng lạnh (oC).
11. Ý nghĩa vật lý của hệ số truyền nhiệt dài KL? Cơng thức tính? Giải thích các thơng số và cho biết đơn vị đo của chúng?
Ý nghĩa vật lý của hệ số truyền nhiệt dài là: cho ta biết được khả năng truyền nhiệt của lưu chất.
Hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm: Trong đó: Q: nhiệt lượng trao đổi (W hoặc j/s).
KL: hệ số truyền nhiệt dài (W/m.độ).
(: hiệu nhiệt độ logarit của hai dòng lưu chất (0C). L: chiều dài ống.
Hệ số truyền nhiệt dài lí thuyết KL
Trong đó: dtr, dng: đường kính trong và đường kính ngồi của ống
truyền nhiệt (m).
inox: hệ số dẫn nhiệt của kim loại chế tạo ống (w/m.độ). 1, 2: hệ số cấp nhiệt của dịng nước nóng, dịng nước lạnh
(w/m2.độ).
rb: hệ số nhiệt của cặn bẩn (m2.độ/w). db: đường kính lớp bẩn (m).
KL: hệ số truyền nhiệt dài (w/m.độ).
Hệ số cấp nhiệt1, 2 giữa vách ngăn và các dịng lưu chất được tính từ chuẩn số Nusselt (Nu).
12. Viết phương trình truyền nhiệt? Giải thích các thơng số và cho biết đơn vị đo của chúng?
Phương trình truyền nhiệt: dQ = k(t1 – t2)dF
Trong đó : k: hệ số truyền nhiệt (W/m2.độ).
L t Q K L L . log * ng b b tr ng inox tr L d d r d d d K . 1 ln . 2 1 . 1 2 1
t1 – t2: độ chênh nhiệt độ giữa chất lỏng nóng và lạnh trên bề mặt phân bố dF.
Q=
13. Ảnh hưởng của chế độ chảy đến q trình truyền nhiệt? Giải thích
- Chế độ chảy rối làm tăng khả năng truyền nhiệt vì chế độ chảy rối xảy ra khi vận tốc chảy lớn làm tăng khả năng va chạm của lưu chất lên thành ống nên khả năng truyền nhiệt lớn.
- Chế độ chảy màng tuy dịng chảy ở tốc độ tháp nhưng cõng có khả năng truyền nhiệt nhưng dòng nhiệt này được cung cấp đều lên tường theo dòng chảy.
- Chảy chuyển tiếp là chế độ chảy giao toa giữa hai chế độ chảy trên vì thề khả năng truyền nhiệt cũng nằm trong khoảng giữa của hai chế độ.
14. Phân biệt quá trình truyền nhiệt ổn định và không ổn định
Truyền nhiệt ổn định: Truyền nhiệt ổn định là quá trình truyền nhiệt mà nhiệt độ chỉ thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian.
Truyền nhiệt không ổn định : Truyền nhiệt khơng ổn định là q trình truyền nhiệt mà nhiệt độ thay đổi cả theo không gian và thời gian
15. Nêu các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số cấp nhiệt
Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số cấp nhiệt là:
- Chế độ chảy của dịng lưu chất.
- Mơi chất.
- Nhiệt độ vách.
- Vật liệu làm ống.
- Kích thước ống.
16. So sánh hiệu quả q trình truyền nhiệt xi chiều và ngược chiều f t F k dF t k. . . .
Q trình truyền nhiệt ngược chiều có hiệu quả hơn tại vì sự trao đổi nhiệt được phân bố đều trên khắp chiều dài của thiết bị và làm cho sản phẩm có chất lượng truyền nhiệt đồng đều. Cịn truyền nhiệt xi chiều thì nhiệt truyền ở đầu vào là rất cao còn đầu ra là rất thấp nên hiệu quả kém hơn.
BÀI 5: CỘT CHÊM
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Khái niệm quá trình hấp thu
Quá trình hấp thu là quá trình cho một hỗn hợp khí tiếp xúc với dung mơi lỏng nhằm mục đích hịa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng, pha khí sau hấp thu gọi là khí sạch, pha lỏng sau hấp thu gọi là dung dịch hấp thu.
Ví dụ: Ví dụ hấp thu SO2 vào nước thành dung dịch H2SO3 hoặc hấp thu SO3 vào nước để điêu chế H2SO4.
Vậy quá trình hấp thu là quá trình truyền vận cấu tử vật chất từ pha khí vào pha lỏng. Nếu quá trình xảy ra theo chiều ngược lại, nghĩa là truyền vận cấu tử vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có q trình nhả hấp thu.
2. Ứng dụng q trình hấp thu
- Cơng nghiệp thực phẩm
- Cơng nghệ hóa học
- Cơng nghệ sinh học
- Kỹ thuật mơi trường
- Ngành cơng nghiệp dầu khí
3. Phương pháp lựa chọn dung môi hấp thu
Khi lựa chọn dung mơi cho q trình hấp thu người ta dựa vào các tính chất sau:
- Độ hịa tan chọn lọc
Đây là những tính chất chủ yếu của dung mơi, là tính chất chỉ hịa tan tốt cấu tử cần tách ra khỏi hỗn hợp mà khơng hịa tan các cấu tử cịn lại hoặc hịa tan khơng đáng kể. Tổng qt, dung mơi và dung chất có bản chất hóa học tương tự nhau thì cho độ hịa tan tốt. Dung mơi và dung chất tạo nên phản ứng hóa học thì làm tăng độ bền hịa tan lên rất nhiều, nhưng nếu dung môi được thu hồi để đùng lại thì phản ứng phải có tính hồn ngun.
Dung mơi nên có áp suất hơi thấp vì pha khí sau q trình hấp thu sẽ bão hịa hơi dung mơi do đó dung mơi bị mất.
- Tính ăn mịn của dung mơi
Dung mơi nên có tính ăn mịn thấp để vật liệu chế tạo thiết bị dễ tìm và rẻ tiền.
- Chi phí:
Dung mơi dễ tìm và rẻ tiền để sự thất thốt khơng tốn kém nhiều.
- Độ nhớt
Dung mơi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp thu, cải thiện điều kiện ngập lụt trong tháp hấp thu, độ giảm áp thấp và truyền nhiệt tốt.
- Các tính chất khác
Dung mơi nên có nhiệt dung riêng thấp để ít tốn nhiệt khi hồn ngun dung mơi, nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị, khơng tạo kết tủa, không độc.Trong thực tế, không một dung môi nào cùng một lúc đáp ứng được tất cả các tính chất trên, do đó khi chọn phải dựa vào những điều kiện cụ thể khi thực hiện q trình hấp thu, Dù sao tính chất thứ nhất cũng không thể thiếu được trong bất cứ trường hợp nào.
4. Phương pháp hấp thua. Hấp thu ngược dịng a. Hấp thu ngược dịng
Pha khí là hỗn hợp khí G vào chứa nhiều chất. Trong đó:
- Các chất trơ Gtr (khơng hấp thu vào lỏng)
- Chất hấp thu vào lỏng gọi là cấu tử A
- Pha lỏng:
- Lượng dung môi gọi là L
- Cấu tử A đã có sẵn trong pha lỏng L
- Lượng dung môi trơ là Ltr là lượng dung môi tổng cộng L trừ đi lượng cấu tử A
b. Hấp thu xi dịng (không xét)
5. Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thua. Quá trình hấp thu ngược chiều a. Quá trình hấp thu ngược chiều
- Một số định nghĩa:
Phần mol của cấu tử i là số mol (suất lượng mol) của cấu tử i chia cho tổng số mol hỗn hợp (suất lượng mol hỗn hợp).
Phần khối lượng của cấu tử i là khối lượng (suất lượng khối lượng) của cấu tử i chia cho tổng khối lượng hỗn hợp (suất lượng khối lượng hỗn hợp).
Tỉ số mol của cấu tử i là số mol (suất lượng mol) của cấu tử i chia cho tổng số mol (suất lượng mol) trừ đi số mol (suất lượng mol) của i.
- Các đơn vị:
Suất lượng mol: mol/h; (kmol/h.m2); (mol/h.m2). Suất lượng khối lượng: kg/h; (kg/h.m2); (g/h.m2). Phần mol và tỉ số mol khơng có đơn vị.
b. Hấp thu xi dịng
6. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thu
Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố có ảnh hưởng quan trọngg lên quá trình hấp thu. Chúng ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực của quá trình.
Nếu nhiệt độ tăng thì giá trị hệ số của định luật Henry tăng, đường cân bằng sẽ chuyển dịch về trục tung, động lực truyền khối sẽ giảm, do đó tốc độ truyền khối sẽ giảm. Nếu tăng nhiệt khối lên một giới hạn nào đó thì khơng những động lưc truyền khối giảm mà ngay cả q trình cũng khơng thực hiện được. Mặt khác nhiệt độ cao cũng có ảnh hưởng tốt vì độ nhớt của dung mơi giảm (có lợi đối với trường hợp trở lực khuếch tán chủ yếu nằm trong pha lỏng).
7. Thiết bị hấp thu
Trong cơng nghiệp, thực tế sản xuất người ta có thể dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện quá trình hấp thu. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản của thiết bị vẫn là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn để tăng hiệu suất của quá trình hấp thu.
8. Sơ đồ thiết bị