Bài giảng Kỹ thuật thực phẩm 2 - Chương 2: Các thiết bị truyền nhiệt - Trần Văn Hùng

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật thực phẩm 2 - Chương 2: Các thiết bị truyền nhiệt - Trần Văn Hùng

1. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu dàn ống 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG Thiết bị truyền nhiệt kiểu ống xoắn ruột gà 1. Sơ lược về thiết bị Ưu điểm: -Dễ dàng điều chỉnh bề mặt truyền nhiệt -Khắc phục được sự giãn nở vì nhiệt giữa vỏ và ống xoắn - Ống không cần dày Nhược điểm: -Khó vệ sinh thiết bị - Hệ số tỏa nhiệt α phía chất lỏng nhỏ hơn phía chuyển pha rất nhiều. 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG 2. Cấu tạo, nguyên lý vận hành Thiết bị ống xoắn ruột gà: a) bản vẽ lắp; 1,7-cửa vào, ra của lưu thể ở pha hơi; 2-nắp; 3-giá đỡ; 4- thân; 5-ống xoắn ruột gà kép; 6,10-cửa vào, ra của chất lỏng; 8-gân tăng cứng cho ống xoắn; 9-ống góp. b) tiết diện ngang; c) kết cấu 9/10/2014 đầu nối. TRẦN VĂN HÙNG
2. Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn 1-cửa vào của dung dịch; 2- nắp; 3- thân; 4- ống truyền nhiệt; 5, 8- cửa ra và vào của ống truyền nhiệt; 6- cửa ra của dung dịch; 7- đáy; 9- giá đỡ. 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT TẤM BẢN Là thiết bị trao đổi nhiệt qua bề mặt truyền nhiệt.  Ưu điểm: - Có hệ số truyền nhiệt rất lớn (K = 2500W/m2 oC) - Cấu tạo nhỏ gọn nhưng có bề mặt truyền nhiệt lớn. - Chế độ nhiệt ổn định khi làm việc. - Có thể tăng thêm hay giảm bớt bề mặt truyền nhiệt - Dễ tháo, lắp khi làm vệ sinh bề mặt truyền nhiệt 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT TẤM BẢN  Nhược điểm: - Không chịu được áp suất cao - Không chịu được nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp P ≤ 1,5 MN/m2 - 150oC < t < 450oC 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG
3. THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT TẤM BẢN Thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản a) Nguyên lý cấu tạo và hoạt động b) Cấu tạo thực nhìn từ bên ngoài 1-các tấm truyền nhiệt; 2-các tấm ép chặt các đệm kín giữa hai tấm truyền nhiệt liên tiếp 3- tấm giữa (chỉ có khi dùng hai lưu thể liên tiếp nhưng khác loại để làm lạnh hoặc làm nóng một lưu thể) 4- các vít xiết chặt tạo lực ép. 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG Ứng dụng và những thiết bị trên thị trường Trong công nghiệp hóa chất hay thực phẩm thiết bị thiết bị ống xoắn được đặt trong các nồi nấu hay trong thiết bị lên men 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT TẤM BẢN 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG
4. H¬i ®èt Ng­ng tô Thiết bị gia nhiệt kiểu tấm N­íc mÝa H¬i thø 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC ĐẶC TẤM BẢN (PLATE EVAPORATION) 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG
5. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG GIA NHIỆT TRONG CÔ ĐẶC TẤM BẢN 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT TẤM BẢN Cấu tạo của tấm truyền nhiệt và đệm kín a) kích thước tấm b, c) cấu tạo sóng khi dập d) kích thước tiết diện ngang của đệm kín 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT TẤM BẢN Kích thước tấm truyền nhiệt Diện tích Kích thước, mm truyền nhiệt H h A c B c d m2 0.2 1000 904 850 75 315 90 60 0.3 1100 1000 980 65 400 135 70 0.5 1370 1242 1200 85 505 160 410 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG
6. THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT TẤM BẢN Ứng dụng : Sử dụng trong dây chuyền công nghệ sản xuất bia, nước giải khát, điều hòa không khí, chế biến thủy sản, chế biến thịt như thiết bị thanh trùng, thiết lạnh đông (lạnh đông tiếp xúc). 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG 2. TỔ CHỨC DÒNG CHẢY Biểu diễn chiều dòng chảy trong thiết bị vỏ ống 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG 2.1. Chiều dòng chảy a. Cùng chiều b. Ngược chiều 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG
7. Khi trao đổi nhiệt có chuyển pha Ngưng tụ chuyển pha Bốc hơi chuyển pha Ngưng tụ, bốc hơi chuyển pha 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG 2.2. Tổ chức dòng chảy phía vỏ  Khi ta muốn làm nguội lưu chất ta nên bố trí dòng nóng phía ngoài vỏ  Trong 2 dòng lưu chất dòng nào có lưu lượng hoặc thể tích lớn, dòng ăn mòn ít, nên bố trí phía vỏ 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG 2.3. Tổ chức dòng chảy phía ống  Khi ta muốn đun nóng lưu chất ta nên bố trí dòng nóng phía ngoài ống  Trong 2 dòng lưu chất dòng nào có lưu lượng hoặc thể tích bé, áp suất cao, ăn mòn cao nên bố trí phía ống 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG
8. 2.4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 2.4.1. Tính ∆tlog của thiết bị truyền nhiệt vỏ ống 2.4.2. Tính nhiệt độ trung bình của các dòng lưu chất 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÊNH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH (song song)  Nhiệt độ trung bình lôgarit: t t t max min K t ln max tmin Nhiệt độ trung bình số học: t ' t" t ' t" t 1 1 2 2 K 2 2 t t t max min K 9/10/2014 2 TRẦN VĂN HÙNG XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÊNH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH (cắt nhau) t t t max min K nc t ln max tmin tcn  t tnc  t f (P, R) " ' ' " t2 t2 t2 t1 t1 t1 P ; R " ' tmax tmax t2 t2 t2 ∆t xác định bằng đồ thị 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG
9. XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÊNH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH (cắt nhau) tcn  t tnc  t f (P, R) t" t ' t P 2 2 2 ; tmax tmax ' " t1 t1 t1 R " ' t2 t2 t2 ∆t xác định bằng đồ thị 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÊNH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH (cắt nhau) tcn  t tnc  t f (P, R) t" t ' t P 2 2 2 ; tmax tmax ' " t1 t1 t1 R " ' t2 t2 t2 ∆t xác định bằng đồ thị 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÊNH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH (cắt nhau) tcn  t tnc  t f (P, R) t" t ' t P 2 2 2 ; tmax tmax ' " t1 t1 t1 R " ' t2 t2 t2 ∆t xác định bằng đồ thị 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG
10. TÍNH NHIỆT ĐỘ CUỐI CHẤT TẢI NHIỆT  Biết t’1, t’2, W1, W2, tính t”1, t”2 với nhiệt độ trung bình số học t ' t" t ' t"  t 1 1 2 2 K 2 2 t ' t ' Q kF t Q 1 2  1 1 1 ' " " ' Q W1 t1 t1 W2 t2 t2 2W1 kF 2W2  9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG 2.4.3. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt  Phương trình truyền nhiệt: Q Q kF t F ttb .K  Phương trình cân bằng nhiệt: ' " " ' Q G1 i1 i1 G2 i2 i2 ' " " ' Q G1C p1 t1 t1 G2C p2 t2 t2 ' " ' " " ' t1 t1 t1 W2 Q W1 t1 t1 W2 t2 t2 " ' t2 t2 t2 W1 W = GCp là nhiệt dung toàn phần [W/K] (1) - nóng ; (2) - lạnh ; (‘) - vào; (“) - ra. 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG 2.4.4. BỐ TRÍ ỐNG TRONG THIẾT BỊ TĐN VỎ ỐNG - Tính số ống truyền nhiệt F n .d.l F- là diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2; d- đường kính ống truyền nhiệt,, m l – chiều dài của một ống truyền nhiệt, m 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG
11. Tính đường kính ống sơ bộ 4G d . .v [m] Trong đó: d - là đường kính trong của ống vào hoặc ra mà mình cần tính, m. G – lưu lương của lưu thể đi qua ống mà ta đang cần tính, kg/s. ρ - khối lượng riêng cửa lưu thể ứng với nhiệt độ lúc nó đi qua ống đang tính, kg/m3. v – vận tốc của lưu thể đi qua ống ta đang tính, m/s. 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG Đường kính ống đối lưu .d 2 .d 2 n. t dl 4 4. n - số ống truyền nhiệt dt - đường kính trong của ống truyền nhiệt, m dđl - đường kính trong của ống đối lưu, m = (0,25 - 0,35) 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG BÀI TẬP VỀ NHÀ Bài 1 Bài 2 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG
12. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Bin. Các quá trình và thiết bị trong ngành hóa chất và thực phẩm . Tập 4. NXB Khoa học và kỹ thuật, 2000. 2. Bùi Hải, Trần Thế Sơn, Kỹ thuật nhiệt + Bài tập kỹ thuật nhiệt. NXB Khoa học và kỹ thuật, 2006. 3. Tập thể tác giả. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học, Tập 1, 2. NXB Khoa học và kỹ thuật, 2002. 4. Nguyễn Xuân Phương, Kỹ thuật lạnh thực phẩm, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2004. Tái bản năm 2006. 5. Lê Bạch Tuyết (chủ biên) . Các quá trình công nghệ cơ bản trong sản xuất thực phẩm. NXB Giáo Dục, 1985. 6. Yunus A Cengel (2009) Heat and Mass Transfer: (SI Units): A Practical Approach. 3rd. McGraw Hill Higher Education. 9/10/2014 TRẦN VĂN HÙNG