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

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt: xác định bề mặt truyền nhiệt (kích thước, cấu tạo) và lượng nhiệt hoặc lượng chất tải nhiệt dựa vào năng suất yêu cầu và điều kiện nhiệt độ hoặc ngược lại xác định năng suất và lượng chất tải nhiệt khi biết kích thước của thiết bị. Tài liệu trắc nghiệm môn Hóa học 1 giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!

GV: TS. Nguyn Minh Tân
B môn QTTB CN Hóa – Thc phm
Chương 2
Đun nóng – Làm Ngui – Ngưng t
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 2
TÍNH TOÁN THIT B TRAO ĐỔI NHIT GIÁN TIP
Tính toán thiết b trao đổi nhit: xác định b mt truyn nhit (kích thước, cu to)
lượng nhit hoc lượng cht ti nhit da vào năng sut yêu cu và điu
kin nhit độ hoc ngược li xác định năng sutlượng cht ti nhit khi biết
kích thước ca thiết b
(1) Chn cu to thiết b
- Kích thước ng truyn nhit
- Vn tc cht ti nhit
(chy xoáy, cht lng: w = 0,1m/s – 1m/s
Cht khí: w = 2 – 20m/s)
(2) Xác định Δt
tb
và nhit
độ trung bình
- Tra các thông s vt lý ca cht ti nhit nhit
độ trung bình
(3) Xác định lượng nhit
và cht ti nhit
- Xây dng phương trình cân bng nhit
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 3
TÍNH TOÁN THIT B TRAO ĐỔI NHIT GIÁN TIP
(4) Xác định h s truyn
nhit
Cm
W
K
i
i
°
++
=
2
21
,
11
1
αδ
λ
α
( )
2
111
,
1
m
W
ttq
T
=
α
Phía cht ti nhit I
2
,
21
m
W
r
tt
q
TT
t
!
!
"
#
$
$
%
&
=
Nhit ti qua tường
( )
2
2222
,
m
W
ttq
T
=
α
Phía cht ti nhit II
qqqq
t
===
21
Truyn nhit n định
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 4
TÍNH TOÁN THIT B TRAO ĐỔI NHIT GIÁN TIP
(5) Xác định b mt
truyn nhit
2
, m
tK
Q
F
tb
Δ
=
W
W
m
tb
=
Xác định s ngăn
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 5
CHN THIT B TRAO ĐỔI NHIT
Xác định lượng cht ti nhit
Chi phí đầu tư Chi phí cht ti
nhit
( )
2122211
,GGfTTTT =++=
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 6
CHN THIT B TRAO ĐỔI NHIT
Đặc đim cht ti nhit đi trong ng
- Có th tích nh
- Có th có cn bn
- Có áp sut ln
- Có th có tính ăn mòn
- Nhit độ rt cao hoc rt thp
Đặc đim cht ti nhit đi ngoài ng
- Có th tích ln
- H s cp nhit nh hơn
- Có tính ăn mòn yếu hơn
Chương 3
đặc
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 8
3.1. KHÁI NIM CHUNG
đặc: quá trình làm tăng nng độ ca cht hoà tan không hoc khó bay hơi trong
dung môi bay hơi
- Để tách mt phn dung môi, trong cô đặc, phi thc hin nhit độ sôi. Hơi do
dung dch sôi bay hơi ra gi là hơi th
- Quá trình cô đặc có th tiến hành chân không, áp sut cao hoc áp sut khí
quyn.
- Cô đặc chân không hoc áp sut khí quyn tiến hành trong thiết b mt ni.
- ô đặc nhiu ni, hơi th ca ni trước dùng làm hơi đốt cho ni sau. áp sut làm
vic ca ni sau phi nh hơn ca ni trước để to ra hiu s nhit độ gia hơi th
ni trước và nhit độ sôi ca ni sau, nghĩa là thiết lp động lc ca quá trình.
Nhit hòa tan:
- Quá trình thu nhit ca dung môi để phá v mng lưới tinh th ca cht tan
- Quá trình hydrat hóa /Solvat hóa là quá trình ta nhit
- Nhit hòa tan là tng hp ca hai loi nhit trên
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 9
3.1. KHÁI NIM CHUNG
Nhit độ sôi ca dung dch:
- Ph thuc: tính cht dung môi, cht tan, nng độ cht tan
- Nhit độ sôi dung dch ln hơn nheietj độ sôi ca dung môi nguyên cht cùng mt
áp sut
PP
N
n
s
>> 0
N
n
P
PP
s
s
=
s
tt =Δ'
Tn tht nhit độ do
nng độ
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 10
3.1. KHÁI NIM CHUNG
Qui tc babo:
- Độ gim tương đối ca áp sut hơi bão hòa ca dung môi trên dung dch nng
độ đã cho là đại lượng không đổi, không ph thuc vào nhit độ sôi
const
P
P
const
P
PP
ss
s
==
Qui tc babo ng dng cho dung dch loãng,
vi dung dch đặc phi thêm h s hiu chnh
Phương pháp Tysenco:
Xác định tn tht nhit độ do nng độ da vào phương trình Clapeyron- Clausius
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 11
3.2. CÔ ĐẶC MT NI
đặc mt ni ch dùng khi năng sut thp và khi không dùng hơi th làm cht ti
nhit để đun nóng
Sơ đồđặc mt ni
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 12
3.2. CÔ ĐẶC MT NI
CÂN BNG VT LIU
Cân bng vt cht ca cô đặc biu din theo phương trình:
Đối vi cht tan trong dung dch:
Năng sut thiết b và lượng hơi th bay ra:
WGG
cđ
+=
c
đđ
c
b
bG
G =
G
?
b
?
100
=
G
c
b
c
100
đ
c
đ
G
b
b
W
!
!
"
#
$
$
%
&
= 1
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 13
3.2. CÔ ĐẶC MT NI
CÂN BNG NHIT LƯỢNG
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 14
3.2. CÔ ĐẶC MT NI
CÂN BNG NHIT LƯỢNG
Thiết lp phương trình cân bng nhit :
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 15
3.2. CÔ ĐẶC MT NI
CÂN BNG NHIT LƯỢNG
Lượng Qm tn tht ra môi trường xung quanh thường tính bng 0,03 ÷ 0, 05 Q
Lượng nhit này dùng để tính b dy lp cách nhit.
Nếu dung dch trước khi cho vào thiết bđặc được đun đến nhit độ sôi tđ = tc
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 16
3.2. CÔ ĐẶC MT NI
B MT ĐUN NÓNG
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 17
3.2. CÔ ĐẶC MT NI
Nhit độ sôi ca dung dch và tn tht nhit độ
- Trong thiết bđặc sut hin s tn tht nhit độ
- Tng tn tht này bng:
+ tn tht nhit độ do nhit độ sôi ca dung môi nh hơn nhit độ sôi
ca dung dch ( Δ’),
+ do ct áp thu lc ( Δ ) trong ni
+ do tr lc thu lc( Δ’’ )
Để xác định ΔP’ áp sut bt k, có th tính theo phương trình I. A. Tysenco
Δ’Kq - tn thât nhit độ do nhit độ sôi ca dung dch ln hơn nhit độ sôi c a dung môi nng độ nht
định và áp sut khí quyn (s tay).
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 18
3.2. CÔ ĐẶC MT NI
Nhit độ sôi ca dung dch và tn tht nhit độ
Tn tht nhit độ Δ do ct áp thu tĩnh trong ng truyn nhit: Tn tht này là
do nhit độ sôi đáy thiết bđặc luôn ln hơn nhit độ sôi ca dung dch
trên mt thoáng. Thường tính áp sut khong gia ng truyn nhit :
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 19
3.2. CÔ ĐẶC MT NI
Nhit độ sôi ca dung dch và tn tht nhit độ
Tn tht nhit độ Δ do ct áp thu tĩnh trong ng truyn nhit: Tn tht này là
do nhit độ sôi đáy thiết bđặc luôn ln hơn nhit độ sôi ca dung dch
trên mt thoáng. Thường tính áp sut khong gia ng truyn nhit :
QTTB II 01 TS. Nguyn Minh Tân 20
3.2. CÔ ĐẶC MT NI
Nhit độ sôi ca dung
dch và tn tht nhit
độ
| 1/20

Preview text:

Chương 2
Đun nóng – Làm Nguội – Ngưng tụ GV: TS. Nguyễn Minh Tân
Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP
Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt: xác định bề mặt truyền nhiệt (kích thước, cấu tạo)
lượng nhiệt hoặc lượng chất tải nhiệt dựa vào năng suất yêu cầu và điều
kiện nhiệt độ hoặc ngược lại xác định năng suấtlượng chất tải nhiệt khi biết
kích thước của thiết bị
- Kích thước ống truyền nhiệt -
(1) Chọn cấu tạo thiết bị
Vận tốc chất tải nhiệt
(chảy xoáy, chất lỏng: w = 0,1m/s – 1m/s Chất khí: w = 2 – 20m/s) (2) Xác định Δt
- Tra các thông số vật lý của chất tải nhiệt ở nhiệt tb và nhiệt độ trung bình độ trung bình
(3) Xác định lượng nhiệt
- Xây dựng phương trình cân bằng nhiệt và chất tải nhiệt QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP
(4) Xác định hệ số truyền nhiệt 1 W K = , 2 1 λ 1 i m C ° + + ∑ α1 δi α2 Phía chất tải nhiệt I W
q = α t t , 1 1( 1 1 T ) 2 m Phía chất tải nhiệt II Nhiệt tải qua tường W
q = α t t , 2 2 ( T 2 2 ) 2 ⎛ t t m T ⎞ W 1 2 q T = ⎜ , ⎟ t 2 ⎜ Truyền nhiệt ổn định r ⎟ m ⎝ ∑ ⎠
q1 = q = q q QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân t 2 = 3
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP (5) Xác định bề mặt truyền nhiệt Q 2 F = , m K t Δ tb W Xác định số ngăn m tb = W QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 4
CHỌN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Xác định lượng chất tải nhiệt T = T +T 1 2
T = T +T +T = f G ,G 1 21 22 ( 1 2) Chi phí đầu tư Chi phí chất tải nhiệt QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 5
CHỌN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Đặc điểm chất tải nhiệt đi trong ống - Có thể tích nhỏ - Có thể có cặn bẩn - Có áp suất lớn
- Có thể có tính ăn mòn
- Nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp
Đặc điểm chất tải nhiệt đi ngoài ống - Có thể tích lớn
- Hệ số cấp nhiệt nhỏ hơn
- Có tính ăn mòn yếu hơn QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 6 Chương 3 Cô đặc
3.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Cô đặc: quá trình làm tăng nồng độ của chất hoà tan không hoặc khó bay hơi trong dung môi bay hơi
- Để tách một phần dung môi, trong cô đặc, phải thực hiện ở nhiệt độ sôi. Hơi do
dung dịch sôi bay hơi ra gọi là hơi thứ
- Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở chân không, ở áp suất cao hoặc áp suất khí quyển.
- Cô đặc chân không hoặc áp suất khí quyển tiến hành trong thiết bị một nồi.
- ô đặc nhiều nồi, hơi thứ của nồi trước dùng làm hơi đốt cho nồi sau. áp suất làm
việc của nồi sau phải nhỏ hơn của nồi trước để tạo ra hiệu số nhiệt độ giữa hơi thứ
nồi trước và nhiệt độ sôi của nồi sau, nghĩa là thiết lập động lực của quá trình. Nhiệt hòa tan:
- Quá trình thu nhiệt của dung môi để phá vỡ mạng lưới tinh thể của chất tan
- Quá trình hydrat hóa /Solvat hóa là quá trình tỏa nhiệt
- Nhiệt hòa tan là tổng hợp của hai loại nhiệt trên QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 8
3.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Nhiệt độ sôi của dung dịch:
- Phụ thuộc: tính chất dung môi, chất tan, nồng độ chất tan
- Nhiệt độ sôi dung dịch lớn hơn nheietj độ sôi của dung môi nguyên chất cùng một áp suất P P n s = P N s n > 0 → P P N s > Δ'= t ts Tổn thất nhiệt độ do nồng độ QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 9
3.1. KHÁI NIỆM CHUNG Qui tắc babo:
- Độ giảm tương đối của áp suất hơi bão hòa của dung môi trên dung dịch ở nồng
độ đã cho là đại lượng không đổi, không phụ thuộc vào nhiệt độ sôi P P P s = const ⇔ = const P P s s
Qui tắc babo ứng dụng cho dung dịch loãng,
với dung dịch đặc phải thêm hệ số hiệu chỉnh Phương pháp Tysenco:
Xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ dựa vào phương trình Clapeyron- Clausius QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 10
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
Cô đặc một nồi chỉ dùng khi năng suất thấp và khi không dùng hơi thứ làm chất tải nhiệt để đun nóng
Sơ đồ cô đặc một nồi QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 11
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
CÂN BẰNG VẬT LIỆU
Cân bằng vật chất của cô đặc biểu diễn theo phương trình: G = G +W đ c
Đối với chất tan trong dung dịch: G b G b ? ? = c c 100 100
Năng suất thiết bị và lượng hơi thứ bay ra: G b đ đ G ⎛ b ⎞ c € = đ b W = 1− ⎜⎜ ⎟⎟ c b ⎝ c ⎠ QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 13
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt : QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 14
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Lượng Qm tổn thất ra môi trường xung quanh thường tính bằng 0,03 ÷ 0, 05 Q
Lượng nhiệt này dùng để tính bề dầy lớp cách nhiệt.
Nếu dung dịch trước khi cho vào thiết bị cô đặc được đun đến nhiệt độ sôi tđ = tc QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 15
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI BỀ MẶT ĐUN NÓNG QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 16
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
Nhiệt độ sôi của dung dịch và tổn thất nhiệt độ
- Trong thiết bị cô đặc suất hiện sự tổn thất nhiệt độ
- Tổng tổn thất này bằng:
+ tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung môi nhỏ hơn nhiệt độ sôi của dung dịch ( Δ’),
+ do cột áp thuỷ lực ( Δ’ ) trong nồi
+ do trở lực thuỷ lực( Δ’ ’ )
Để xác định ΔP’ ở áp suất bất kỳ, có thể tính theo phương trình I. A. Tysenco
Δ’Kq - tổn thât nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở nồng độ nhất
định và áp suất khí quyển (số tay). QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 17
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
Nhiệt độ sôi của dung dịch và tổn thất nhiệt độ
Tổn thất nhiệt độ Δ’ do cột áp thuỷ tĩnh trong ống truyền nhiệt: Tổn thất này là
do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung dịch ở
trên mặt thoáng. Thường tính áp suất ở khoảng giữa ống truyền nhiệt : QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 18
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
Nhiệt độ sôi của dung dịch và tổn thất nhiệt độ
Tổn thất nhiệt độ Δ’ do cột áp thuỷ tĩnh trong ống truyền nhiệt: Tổn thất này là
do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung dịch ở
trên mặt thoáng. Thường tính áp suất ở khoảng giữa ống truyền nhiệt : QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 19
3.2. CÔ ĐẶC MỘT NỒI
Nhiệt độ sôi của dung
dịch và tổn thất nhiệt độ
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 20