Đăng ký Đăng nhập

Tài liệu Bài 1 truyền nhiệt

.DOCX
30
321
141

Mô tả:

thực hành kĩ thuật thưc phẫm 2
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC- THỰC PHẨM ........................ BÁO CÁO THỰC HÀNH KỸ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: Nguyễn Tiến Đạt SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên MSSV: TỔ 3 (thứ 3, tiết 7-11) BÀI 1: TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Biết cách vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van điều chỉnh lưu lượng và hướng dòng chảy, biết cách khắc phục các sự cố nếu xảy ra. - Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa 2 dòng qua một bề mặt ngăn cách. - 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 2 trường hợp xuôi chiều và ngược chiều. - Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết KLT II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Qúa trình trao đổi nhiệt giữa 2 dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách rất thường gặp trong các lĩnh vực công nghiệp hóa chất, thực phẩm, hóa dầu,…Trong đó nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra sẽ được dòng lạnh thu vào. Mục đích của quá trình nhằm thực hiện một giai đoạn nào đó trong quá trình công nghệ, đó có thể là đun nóng, làm nguội, ngưng tụ hay bốc hơi,… Tùy thuộc vào 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 tùy 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. Cân bằng năng lượng khi 2 dòng trao đổi nhiệt gián tiếp: Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra: QN = GN.CN.TN (1) Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào: QL = GL.CL.TL (2) Nhiệt lượng tổn thất (phần nhiệt lượng mà dòng nóng tỏa ra nhưng dòng lạnh không thu vào được có thể do trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh): Q= QN – QL (3) Cân bằng nhiệt lượng: QN = QL + Qf (4) Mặt khác nhiệt lượng trao đổi cũng có thể tính theo công thức: Q = K.F.tlog (5) Từ (5) ta thấy nhiệt lượng trao đổi sẽ phụ thuộc vào kích cỡ thiết bị F,cách bố trí các dòng tlog. Do thiết bị là phần cứng ta rất khó thay đổi nên có thể xem nhiệt lượng trao đổi trong trường hợp này phụ thuộc vào cách bố trí dòng chảy. Ta có các cách bố trí sau: Chảy xuôi chiều: lưu thể 1 và lưu thể 2 chảy song song cùng chiều với nhau. 1 2 Chảy ngược chiều: lưu thế 1 và lưu thể 2 chảy song song nhưng ngược chiều với nhau. 1 2 Chảy chéo dòng: lưu thế 1 và lưu thế 2 chảy theo phương vuông góc 1 2 - Chảy hỗn hợp: lưu thể 1 chảy theo hướng nào đó còn lưu thế 2 thì có đoạn chảy cùng chiều có đoạn chảy ngược chiều có đoạn chảy chéo dòng. 1 2 1 Tùy vào cách bố trí mà ta có phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit ∆ t log ∆ t log  khác nhau. ∆t max − ∆t min ∆ t max− ∆ t min  ∆t max ∆ t max ln 2,303 log ∆t min ∆ t min Trường hợp chảy ngược chiều T Nv T Lr T Nr T Lv Đặc trưng thay đổi nhiệt độ khi chảy ngược chiều Xét trường hợp 2 lưu thể chảy ngược chiều dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt, nhiệt độ lưu thể nóng giảm, nguội tăng được biểu diễn như hình. ∆ t 1 T Nv−T Lr ∆ t 2 T Nr −T Lv  Nếu ∆t 1  ∆ t 2  ∆t max  ∆t 1 ∆t min  ∆t 2  Nếu ∆t 1  ∆t 2  ∆t max  ∆t 2 ∆t min  ∆t 1 Trường hợp 2 lưu thể chảy xuôi chiều T Nv T Nr T Lr T Lv Đặc trưng thay đổi nhiệt độ khi chảy xuôi chiều ∆ t max  ∆t 1 T Nv−T Lv ∆ t min  ∆ t 2 T Nr −T Lr Xác định và so sánh hiệu số của các dòng và hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt. N ƞN  N N v L v T v −T r T −T L .100 ƞ N  L N v L v T r −T v T −T .100 ƞhi  ƞN  ƞL 2 Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt ƞ QL .100 QN Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm Q= K TN . F . ∆ t log  K TN  F= π . d tb . L d tb  Q F . ∆t log dido 2 III.MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM: Đối với mô hình này cấu tạo gồm những bô ô phâ ôn sau:  Thùng chứa nước nóng  Điê ôn trở gia nhiê ôt(ĐT)  Bơm nóng (BN)  Van điều khiển lưu lượng dòng nóng (VN)  Lưu lượng kế dòng nóng (RT)  Thiết bị truyền nhiê ôt chỉnh ống lồng ống  Dòng nước lạnh lấy nguồn nước cấp của nhà trường.  Van điều khiển lưu lượng dòng lạnh (VL)  Lưu lượng kế dòng nóng (Rz)  Van điều chỉnh hướng chảy dòng lạnh (V1,V2,V3 ,V4)  Điều do do nhiê ôt đô ô thùng nóng tương ứng với đồng hồ hiển thị ở tủ điê ôn N) (T  Đầu đo nhiê ôt đô ô dòng nóng vào tương ứng với đồng hồ hiển thị ở tủ điê n 1) ô (T  Đầu đo nhiê ôt đô ô dòng nóng ra tương ứng với đồng hồ hiển thị ở tủ điê n … ô  Đầu đo nhiê ôt đô ô dòng lạnh vào(ra) tương ứng với đồng hồ hiê ôn thị ở tủ điê n ô  Tủ điê ôn là phần điều khiển và hiển thị nhiê ôt đô ô, gồm có: - CB tổng nằm bên trong tủ bâ ôt nguồn vào máy khi đã cấp nguồn cho tủ điê ôn - Công tắc tổng - Công tắc bơm nóng - Công tắc điê n trở ô - Nút đứng khẩn cấp - Đồng hồ cài đă ôt và hiển thị nhiê ôt đô ô thùng nóng N) (T - Đồng hồ hiển nhiê ôt đô ô dòng nóng vào(T1) - Đồng hồ hiển nhiê ôt đô ô dòng nóng ra(T3) - Hai đồng hồ hiển nhiê ôt đô ô đóng vào và ra( 1,T3) T Trên mô hình này thiết bị chính ống lồng ống có thể tháo ta và lắp thiết bị khác là ống chùm hoă ôc ống xoắn để khảo sát. IV.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1.KHẢO SÁT TRƯỜNG HỢP XUÔI CHIỀU: 1.1 Chuẩn bị: - Trước khi mở bơm phải đảm bảo hệ thống van phải phù hợp (nghĩa là phải có dòng chảy), tránh trường hợp mở bơm mà không có dòng chảy (nghĩa là van đống mở sai) thì sẽ gặp hiện tượng như sau :  Lưu lượng kể không thấy hoạt động  Tiếng kêu động cơ lớn hơn bình thường  Bung một số khớp nối mềm (nếu có)  Xì nước ở roăn mặt bích  Có khả năng hỏng bơm (bốc mùi khét) Gặp hiện tượng như vậy thì tắt bơm kiểm tra lại hệ thống van - Trước khi mở điện trở phải đảm bảo trong thùng có nước điều này rất quan trọng vì nếu bật điện trở mà không có nước trong thùng thì chỉ cần 1-3 phút điện trở sẽ hỏng (trường hợp này sinh viên hoặc tổ trực tiếp thực hành phải bồi thường do sự bất cẩn của mình). - Trước khi mở bơm phải đảm bảo trong thùng phải có nước. - Phải xác định được các vị trí đầu dò nhiệt độ, quan trọng đó là nhiệt độ nóng vào và nóng ra, lạnh vào, lạnh ra nếu việc đánh số trên các đầu dò không khớp mô hình ở sơ đồ thì sinh viên phải dùng phán đoán như sau:  Nhiệt độ cài đặt luôn cao nhất (T9)  Nhiệt độ nóng và cao thứ nhì (T1 ; T5)  Nhiệt độ lạnh vào luôn thấp nhất (T2 ; T4 ; T6 ; T8)  Nhiệt độ nóng ra (T3 ; T7 ) lớn hơn lạnh ra (T3;T4;T6;T8) nếu bố trí cháy xuôi chiều - Khi mở bơm khởi động pahir mở van hoàn lưu - Khi vận hành chính thức đông nóng chảy qua nhánh phụ không qua lưu lượng kế 1.2 Lưu ý: Trước khi mở điện trở phải đảm bảo trong thùng có chứa nước ít nhất 2/3 thùng Trước khi mở bơm phải đảm bảo trong thùng có chứa nước. Trước khi mở bơm phải đảm bảo hệ thống van phải phù hợp. Khi mở bơm phải khởi động mở van hoàn lưu. Đối với dòng nóng cần điều chỉnh qua nhánh phù hợp. 1.3 Tiến hành thí nghiệm: - Điều chỉnh dòng nóng: Dòng nóng chỉ có một chiều chảy từ dưới lên Mở van sao cho nước từ thùng chứa chảy qua bơm, qua van điều chỉnh lưu lượng qua thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống chảy về lại thùng chứa nước nóng tạo thành một dòng tuần hoàn liên tục. - Điều chỉnh dòng lạnh: Dòng lạnh có thể đảo chiều chảy từ dưới lên hoặc từ trên xuống: Mở van sao cho nước từ dòng lạnh chảy từ dưới lên. Chảy từ nguồn nước qua van điều chỉnh lưu lượng qua thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống chảy ra ngoài. 1.4 Ghi kết quả thí nghiệm: Chờ nhiệt độ cài đặt ở thùng nóng đạt 70 ℃ thì mới tiên hành thí nghiệm. Khi điều chỉnh lưu lượng của hai dòng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1-2 phút thì ghi nhiệt độ của hai dòng. + Dòng nóng: nhiệt độ vào T1, nhiệt độ ra T3 + Dòng lạnh: nhiệt độ vào T2, nhiệt độ ra T4. 2  KHẢO SÁT TRƯỜNG HỢP NGƯỢC CHIỀU: 2.1 Tiến hành thí nghiệm: - Điều chỉnh dòng nóng: Dòng nóng chỉ có một chiều chảy từ dưới lên Mở van sao cho nước từ thùng chứa chảy qua bơm, qua van điều chỉnh lưu lượng qua thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống chảy về lại thùng chứa nước nóng tạo thành một dòng tuần hoàn liên tục. - Điều chỉnh dòng lạnh: Dòng lạnh có thể đảo chiều chảy từ dưới lên hoặc từ trên xuống: Mở van sao cho nước từ dòng lạnh chảy từ trên xuống. Chảy từ nguồn nước qua van điều chỉnh lưu lượng qua thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống chảy ra ngoài. 2.2  Ghi kết quả thí nghiệm: Chờ nhiệt độ cài đặt ở thùng nóng đạt 70 ℃ thì mới tiên hành thí nghiệm. Khi điều chỉnh lưu lượng của hai dòng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1-2 phút thì ghi nhiệt độ của hai dòng. + Dòng nóng: nhiệt độ vào T1, nhiệt độ ra T3 + Dòng lạnh: nhiệt độ vào T4, nhiệt độ ra T2. V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:  Ngược chiều: TN VN (l/ph) VL(l/ph) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C)-6 T4 (0C) 1 2 2 69 33 62 36 2 4 69 33 60 34 3 6 68 33 60 34 ℃ 4 8 68 33 59 33 2 68 33 64 37 6 4 68 34 63 35 7 6 68 34 61 34 8 8 67 34 62 34 2 67 34 64 39 10 4 67 34 63 39 11 6 67 34 63 35 12 8 67 34 62 35 2 70 34 67 40 14 4 70 34 66 37 15 6 69 34 65 37 16 8 69 34 65 36 5 4 9 6 13 8  Xuôi chiều: TN VN (l/ph) VL(l/ph) T1 (0C) T2 (0C) T3 (0C)-6 T4 (0C) 1 2 2 67 34 64 43 2 4 67 36 64 48 3 6 71 34 61 52 4 8 68 35 65 56 2 68 42 66 52 6 4 68 41 67 60 7 6 68 40 64 62 8 8 69 37 67 63 2 69 43 67 63 10 4 69 42 68 64 11 6 69 39 68 65 12 8 69 38 68 65 2 70 45 68 66 5 9 13 4 6 8 ℃ 14 4 70 44 68 66 15 6 70 40 69 66 16 8 70 36 69 66 IV XỬ LÝ SỐ LIỆU: Bảng 1: Hiệu suất nhiệt độ:  Ngược chiều: TN ∆TN(0C) ∆TL(0C) ηN (%) ηL(%) ηhi(%) 1 7 3 19.44 8.33 13.89 2 9 1 25.00 2.78 13.89 3 8 1 22.86 2.86 12.86 4 9 0 25.71 0.00 12.86 5 4 4 11.43 11.43 11.43 6 5 1 14.71 2.94 8.82 7 7 0 20.59 0.00 10.29 8 5 0 15.15 0.00 7.58 9 3 5 9.09 15.15 12.12 10 4 5 12.12 15.15 13.64 11 4 1 12.12 3.03 7.58 12 5 1 15.15 3.03 9.09 13 3 6 8.33 16.67 12.50 14 4 3 11.11 8.33 9.72 15 4 3 11.43 8.57 10.00 16 4 2 11.43 5.71 8.57  Tính hiệu suất nhiệt độ ∆TN=Tnóng vào-Tnóng ra = 69 – 62 = 70C ∆TL= Tlạnh ra –Tlạnh vào= 36 – 33 = 30C N ηN = ηL = ηhi = N T V −T R N L T V −T V L T L −T V R L T N −T V V ηN  ηL 2 = .100% = 69−62 10019.44 % 69−33 36−33 .100% = 69−33 1008.33 % 19.44  8.33 =13.89 % 2  Xuôi chiều: TN ∆TN(0C) ∆TL(0C) ηN (%) ηL(%) ηhi(%) 1 3 9 9.09 27.27 18.18 2 3 12 9.68 38.71 24.19 3 10 18 27.03 48.65 37.84 4 3 21 9.09 63.64 36.36 5 2 10 7.69 38.46 23.08 6 1 19 3.70 70.37 37.04 7 4 22 14.29 78.57 46.43 8 2 26 6.25 81.25 43.75 9 2 20 7.69 76.92 42.31 10 1 22 3.70 81.48 42.59 11 1 26 3.33 86.67 45.00 12 1 27 3.23 87.10 45.16 13 2 21 8.00 84.00 46.00 14 2 22 7.69 84.62 46.15 15 1 26 3.33 86.67 45.00 16 1 30 2.94 88.24 45.59  Tính hiệu suất nhiệt độ Ta có ∆TN=Tnóng vào-Tnóng ra = 67- 64= 30C ∆TL= Tlạnh ra –Tlạnh vào= 43-34 = 90C ηN = ηL = ηhi = T N −T N V R N T V −T L V L T L −T V R L T N −T V V 67−64 .100% = 67−34 = 9.09% .100% = ηN  ηL 2 = 43−34 67−34 9.09 27.27 2 =27,27% = 18,18% Bảng 2: Hiệu suất truyền nhiệt:  Ngược chiều TN GN(kg/s) GL(kg/s) QN(W) QL(W) Qf(W) η(%) 1 0.0327 0.0331 959.091 411.039 548.052 42.8571 2 0.0327 0.0663 1233.117 137.013 1096.104 11.1111 3 0.0327 0.0994 1096.104 137.013 959.091 12.5000 4 0.0327 0.1326 1233.117 0 1233.117 0.0 5 0.0653 0.0331 1094.428 1094.428 0 100.0000 6 0.0653 0.0663 1368.035 273.607 1094.428 20.0000 7 0.0654 0.0994 1918.182 0 1918.182 0.0000 8 0.0654 0.1326 1370.13 0 1370.13 0.0000 9 0.0980 0.0331 1231.86 2053.1 -821.24 166.6667 10 0.0980 0.0662 1642.48 2053.1 -410.62 125.0000 11 0.0980 0.0994 1642.48 410.62 1231.86 25.0000 12 0.0981 0.1326 2055.195 411.039 1644.156 20.0000 13 0.1304 0.0331 1639.128 3278.256 -1639.13 200.0000 14 0.1305 0.0663 2187.18 1640.385 546.795 75.0000 15 0.1306 0.0994 2188.856 1641.642 547.214 75.0000 16 0.1306 0.1325 2188.856 1094.428 1094.428 50.0000  Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt - Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng GN =(VN × 10-3 × ρ)/60 (kg/s) = 2.10−3 .980 .05  0.0327 (kg/s) 60 GL =( VL × 10-3 × ρ)/60 (kg/s) = 2.10−3 .994 .13   0.0311(kg/s) 60 ρ phụ thuộc vào nhiệt độ. + Tính nhiệt lượng dòng nóng và nhiệt lượng dòng lạnh Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra: QN=GN. CN. ∆TN =0.0327 × 4190× 7 959.019(W) - Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào: QL=GL. CL. ∆TL= 0.0311 × 4190× 3 411.039(W) - Nhiệt lượng tổn thất Qf = QN - QL = 959.019 - 411.039=548.052(W) η= Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: QL QN .100% = 411.039 ×100 42.8571% 959.019 Với C tra bảng sổ tay các quá trình và thiết bị.  Xuôi chiều: TN GN(kg/s) GL(kg/s) QN(W) QL(W) Qf(W) η(%) 1 0.032924 0.0331 413.8547 1243.733 -829.878 300.524 2 0.032908 0.0661 413.6536 3311.61 -2897.96 800.5757 3 0.032893 0.0991 1378.217 7447.365 -6069.15 540.3624 4 0.032908 0.1320 413.6536 11573.1 -11159.4 2797.776 5 0.065705 0.0330 550.6079 1377.75 -827.142 250.2234 6 0.065721 0.0658 275.371 5219.585 -4944.21 1895.474 7 0.065737 0.0987 1101.752 9065.595 -7963.84 822.8344 8 0.065769 0.1317 551.1442 14296.04 -13744.9 2593.883 9 0.098507 0.0329 825.4887 2747.15 -1921.66 332.7908 10 0.098532 0.0658 412.8491 6043.73 -5630.88 1463.908 11 0.098606 0.0987 413.1591 10713.89 -10300.7 2593.162 12 0.09863 0.1316 413.2597 14834.61 -14421.4 3589.658 13 0.131243 0.0328 1099.816 2875.74 -1775.92 261.4746 14 0.131276 0.0657 1100.093 6034.545 -4934.45 548.5487 15 0.131409 0.0987 550.6037 10713.89 -10163.3 1945.843 16 0.131539 0.1317 551.1484 16495.43 -15944.3 2992.919  Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt - Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng −3 GN =(VN. 10-3.ρ)/60 = (2 ×10 ×980.05  60  0.0329 (kg/s) −3 GL =(VL. 10-3.ρ)/60 =(2 ×10 ×992.71  60 =0.033 (kg/s) ρ phụ thuộc vào nhiệt độ p = 0,000015224364T^3 – 0,00584994855T^2 + 0,016286058705T + 1000,04105055224 Đối với dòng nóng T=(Tnv-Tnr)/2 Đối với dòng lạnh T = (Tlr – Tlv)/2 + Tính nhiệt lượng dòng nóng và nhiệt lượng dòng lạnh Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra: QN=GN. CN. ∆TN = 0.0329 × 4190× 3 413.8547 (W) - Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào: QL=GL. CL. ∆TL=0.033 × 4190× 9 1243.773 (W) - Nhiệt lượng tổn thất Qf = QN - QL = 413.8547-1243.773= -829.873 (W) - Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: QL QN η= .100% = 1243.773 412.8547 =300.524% Với C tra bảng sổ tay các quá trình và thiết bị. C= 4,19.10^3 Bảng 3: hệ số truyền nhiệt:  Ngược chiều: TN QN ∆t max ∆t min ∆tlog (0C) (0C) (0C) F KTN (W/m2.k) αN αL KLT (W/m2.k) (W/m2.k) (W/m2.k) 1 959.091 33 29 31 0.0204 1516.589 7003.43 4318.35 2317.498 2 1233.117 35 27 31 0.0204 1949.9 7096.038 7508.325 3018.849 3 1096.104 34 27 30.5 0.0204 1761.659 7097.629 10385.23 3397.598 4 1233.117 35 26 30.5 0.0204 1981.866 7099.211 13074.47 3643.139 5 1094.428 31 31 31 0.0204 1730.595 12346.52 4310.659 2701.823 6 1368.035 33 29 31 0.0204 2163.243 12349.34 7506.317 3685.413 7 1918.182 34 27 30.5 0.0204 3082.903 12354.92 10383.85 4266.472 8 1370.13 33 28 30.5 0.0204 2202.073 12354.92 13071.02 4660.105 1231.86 28 30 29 0.0204 2082.252 17081.13 4308.852 2875.486 1642.48 28 29 28.5 0.0204 2825.043 17085 7502.148 4016.566 9 10
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan