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
dido
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
10019.44
%
69−33
36−33
.100% = 69−33 1008.33 %
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 -