Chương 2: Đun nóng – Làm Nguội – Ngưng tụ | Bài giảng môn Quá trình thiết bị | Đại học Bách khoa hà nội

CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Giảng viên: Đặng Thị Tuyết Ngân
Bộ môn: QTTB Công nghệ Hóa & TP
Email: ngan.dangthituyet@hust.edu.vn 1 Chương 2
Đun nóng – Làm Nguội – Ngưng tụ NGUỒN NHIỆT
- Nguồn nhiệt trực tiếp: khói lò, dòng điện
- Chất tải nhiệt trung gian (lấy nhiệt từ nguồn nhiệt rồi truyền nhiệt cho vật liệu
cần đun nóng): hơi nước bão hòa, nước quá nhiệt, dầu khoáng, các chất hữu
cơ có nhiệt độ sôi cao và hơi của nó, các muối vô cơ nóng chảy hoặc hỗn hợp
của nó và một số kim loại hoặc hợp kim ở trạng thái lỏng
- Nhiệt của các khí thải hoặc chất lỏng thải có nhiệt độ cao
Tiêu chí lựa chọn chất tải nhiệt :
- Nhiệt độ đun nóng và khả năng điều chỉnh nhiệt độ
- áp suất hơi bão hoà và độ bền do ảnh hưởng của nhiệt độ
- Độ độc và tính hoạt động hoá học
- Độ an toàn khi đun nóng ( không cháy , nổ v.v..) - Rẻ và dễ tìm; 3
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐUN NÓNG
 Đun nóng bằng hơi nước bão hòa
 Đun nóng bằng khói lò
 Đun nóng bằng dòng điện
 Đun nóng bằng chất tải nhiệt đặc biêt
 Đun nóng bằng khí thải và chất lỏng thải 4
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐUN NÓNG
Đun nóng bằng hơi nước bão hòa Ưu điểm:
- Hệ số cấp nhiệt lớn ( = 1000015000 w/m2độ)
- Lượng nhiệt cung cấp lớn (tính theo một đơn vị chất tải nhiệt)
- Đun nóng được đồng đều
- Dễ điều chỉnh nhiệt độ đun nóng
- Vận chuyển xa được dễ dàng theo đường ống. Nhược điểm:
- Không thể đun nóng được ở nhiệt độ cao 5
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐUN NÓNG
Đun nóng bằng hơi nước bão hòa
𝑯𝟐𝑶(𝒍) ⇌ 𝑯𝟐𝑶(𝒉) Quy tắc pha Gibbs: T, oC P, at r.10-3, J/kg 100 1,033 2260 120 2,025 2207 135 3,192 2165 180 10,23 2021 374 225 0 6
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐUN NÓNG
Đun nóng bằng khói lò
- Đốt cháy các nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí ở trong các lò đốt
Ưu điểm: có thể tạo được nhiệt độ cao tới 1000oC Nhược điểm:
 - Hệ số cấp nhiệt rất nhỏ ( không quá 100 W/m2độ)
 - Nhiệt dung riêng thể tích nhỏ
 - Đun nóng không được đồng đều
 - Khó điều chỉnh nhiệt độ đun nóng
 - Khói lò thường nhiễm bẩn (bụi, khí độc của nhiên liệu)
 Đun nóng trực tiếp: bị hạn chế
 Đun nóng gián tiếp: tạo cặn trên bề mặt truyền nhiệt
 Không an toàn nếu đun nóng các chất dễ cháy, dễ bay hơi
 Khói lò chứa C, S, O,… khi đốt tạo SO gây ăn mòn thiết bị 2 7
 Hiệu suất sử dụng thiết bị thấp, lớn nhất 30%.
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐUN NÓNG
Đun nóng bằng dòng điện Ưu điểm:
- Có thể tạo được nhiệt độ cao (tới 3200oc) mà các phương pháp khác không thực hiện được
- Điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng và chính xác
- Hiệu suất rất cao, có thể đạt tới 95% điện tiêu hao. Nhược điểm: - Giá thành cao 8
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐUN NÓNG
Đun nóng bằng chất tải nhiệt đặc biệt
Khi cần đun nóng ở nhiệt độ cao hơn 180 oc, dùng các chất tải nhiệt đặc biệt: -Nước quá nhiệt
-Chất lỏng có nhiệt độ sôi cao ở áp suất hơi bão hoà nhỏ, không bị phân huỷ ở nhiệt độ cao
-Hỗn hợp phổ biến trong công nghiệp: (26.5% điphênyl + 73.5% etediphenyl ) (250oC)
- Hỗn hợp các muối, các kim loại nóng chảy,… Phương thức:
Dùng khói lò hoặc dòng điện để đun các chất tải nhiệt, sau đó các chất tải nhiệt
này ở trạng thái lỏng hoặc hơi truyền nhiệt cho các vật liệu cần đun nóng. 9
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐUN NÓNG
Đun nóng bằng khí thải và chất lỏng thải
Đun nóng tiết kiệm, tận dụng nhiệt trong khí thải hoặc chất lỏng thải ra từ
các nhà máy, xí nghiệp mà nhiệt độ của chúng còn cao. 10
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
Đun nóng bằng đun nóng bằng hơi nước trực tiếp Thiết bị loại sục cho hơi nước sục thẳng vào trong lòng chất lỏng cần đun nóng. Hơi nước
ngưng tụ và cấp ẩn nhiệt cho chất lỏng, nước
ngưng tạo thành lại trộn lẫn với chất lỏng. 11
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
Đun nóng bằng đun nóng bằng hơi nước trực tiếp
Thiết bị loại sủi bọt vừa đun nóng vừa khấy trộn chất lỏng 12
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
hơi phun ra khỏi đầu ống dẫn hơi
với tốc độ rất lớn, do đó áp suất tĩnh
Đun nóng bằng hơi nước trực tiếp
học trong loa giảm xuống, chất lỏng
bên ngoài loa ập vào đáy của loa
vừa pha trộn với luồng hơi phun ra
Để tránh tiếng động, người ta
vừa làm tắt tiếng động
dùng thiết bị đun nóng không có
tiếng động. Loại này có lắp thêm
một cái loa 2 ở đầu ống dẫn hơi
Nhược điểm cửa phương pháp đun
nóng bằng hơi nước trực tiếp - Đưa thêm một lượng
nước ngưng tụ vào trong chất lỏng cần đun nóng.
- Chỉ dùng trong các trường hợp cho
Phép pha loãng chất lỏng và không
có phản ứng xảy ra giữa chất lỏng và nước 13
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
Đun nóng bằng hơi nước trực tiếp Cân bằng nhiệt lượng DI  G C t
 DC t  G C t  Q 2 2 2d nc 2c 2 2 2c m
Lượng hơi nước tiêu hao trong quá trình đun nóng Lượng chất lỏng cần đun G C   2 2 t t Q 2c 2d  m nóng D  Nhiệt I  C t lượng mất nc 2c mát Nhiệt dung Nhiệt lượng riêng của chất riêng của Nhiệt dung lỏng hơi nước riêng của nước ngưng 14
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
Đun nóng bằng hơi nước gián tiếp
- Dùng để đun nóng các chất lỏng không được phép trộn lẫn với nước,
không được phép pha loãng v .v.
- Giữa hơi và chất lỏng có một tường ngăn cách. Nhiệt từ hơi truyền qua
tường để cấp cho chất lỏng. Thiết bị
- Thiết bị có vỏ bọc ngoài - Loại ống xoắn - Loại ống chùm - v.v..
- Hơi nước sau khi cấp nhiệt cho chất lỏng qua tường thì ngưng tụ lại thành
nước ngưng, chảy ra khỏi thiết bị theo một đường ống riêng
- Thường dùng hơi nước bão hòa để đun nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn và ẩn nhiệt ngưng tụ cao
- thường ngưòi ta cho hơi vào thiết bị từ phía trên để nước ngưng có thể
chảy xuống dễ dàng. QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 15
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
Đun nóng gián tiếp bằng hơi nước bão hòa
- Không gian cho từng lưu thể
- Chiều chuyển động của lưu thể 16
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
Đun nóng bằng hơi nước gián tiếp
Lượng hơi nước tiêu hao trong quá trình đun nóng Lượng chất lỏng cần đun nóng G C 2 2 t  t  2c d  Q D m  2 Nhiệt I  C lượng mất mát Nhiệt lượng Nhiệt dung riêng của Nhiệt độ của riêng của chất hơi nước nước ngưng tụ lỏng Nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ 17
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA Tháo nước ngưng
Khi đun nóng bằng hơi nước gián tiếp thì cần phải tháo nước ngưng ra một
cách liên tục để thiết bị trao đổi nhiệt làm việc bình thường. Thiết bị
- Yêu cầu đối với thiết bị tháo nước: chỉ cho nước ngưng ra mà không cho hơi ra khỏi thiết bị
- Thường dùng các loại thiết bị riêng cho việc tháo nước ngưng:
- Thiết bị tháo nước ngưng làm việc liên tục
- Thiết bị tháo nước ngưng làm việc gián đoạn
- Thiết bị tháo nước ngưng làm việc ở áp suất cao
- Thiết bị tháo nước ngưng làm việc ở áp suất thấp - v.v. . 18
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
Thiết bị tháo nước ngưng loại phao kín 19
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
Thiết bị tháo nước ngưng loại phao hở - Loại phao hở làm việc gián đoạn - Ưu điểm : theo quá trình thải nước gián
đoạn có thể kiểm tra sự
làm việc của thiết bị ,
những phần chịu lực ma sát của nó không va chạm vào vỏ.v. v. . . 20