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

Chương 2
Đun nóng – Làm Nguội – Ngưng tụ GV: TS. Nguyễn Minh Tân
Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Thiết bị trao đổi nhiệt: các thiết bị dùng để thực hiện quá trình truyền nhiệt gọi là
thiết bị trao đổi nhiệt
Loại gián tiếp Nhiệt truyền từ chất tải nhiệt này tới chất tải nhiệt khác qua bề mặt
phân cách ( bề mặt truyền nhiệt): - loại có vỏ bọc - loại ống - loại tấm - loại xoắn ốc - loại ống gân
Loại đệm Quá trình trao đổi nhiệt thực hiện trên cùng một bề mặt của vật rắn và
tiến hành theo hai giai đoạn nối tiếp nhau. Thoạt tiên cho chất tải nhiệt nóng tiếp
xúc với bề mặt vật rắn (đệm), vật rắn sẽ được đun nóng lên đến một nhiệt độ cần
thiết, khi đó ngừng cung cấp chất tải nhiệt nóng, cho chất tải nhiệt lạnh vào, vật rắn
sẽ truyền nhiệt cho chất tải nhiệt lạnh
Loại trực tiếp (hỗn hợp) - Hai chất tải nhiệt tiếp xúc trực tiếp với nhau QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Loại vỏ bọc
- Truyền nhiệt gián tiếp qua vỏ thiết bị
- Sử dụng khi đun nóng hoặc làm lạnh các thiết bị phản ứng,
- Chiều cao của vỏ ngoài không
được thấp hơn mực chất lỏng trong thiết bị
- Bề mặt truyền nhiệt không lớn quá
10m2, và áp suất làm việc của hơi đốt không quá 10 at
- Đặt cánh khuấy để tăng tốc độ tuần hoàn
- Khi cần làm việc ở áp suất cao thì
vỏ bọc ngoài cần phải có cấu tạo đặc
biệt (áp suất làm việc ở đây có thể đến 75 at) QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 3
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Loại vỏ bọc
- Truyền nhiệt gián tiếp qua vỏ thiết bị
- Sử dụng khi đun nóng hoặc làm lạnh các thiết bị phản ứng, QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 4
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Loại vỏ bọc QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 5
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG ống xoắn ruột gà
- Cấu tạo gồm các đoạn ống thẳng nối với nhau
bằng ống khuỷu gọi là xoắn gấp khúc., hoặc các ống
uốn cong theo hình ren ốc gọi là ống xoắn ruột gà. Khi
làm việc một chất tải đi trong ống, còn một chất tải
nhiệt khác đi ngoài ống
- Hệ số cấp nhiệt phía trong ống xoắn thường lớn hơn ống thẳng một ít
- Ưu điểm là thiết kế đơn giản, có thể làm bằng
những vật liệu chống ăn mòn, dễ kiếm tra và sửa chữa.
- Nhược điểm cồng kềnh, hệ số truyền nhiệt nhỏ do
hệ số cấp nhiệt phía ngoài bé, khó làm sạch phía
trong ống, trở lực thuỷ lực lớn hơn ống thẳng
- Chất lỏng cho vào từ dưới lên để ống xoắn luôn
chứa đầy còn hơi thì cho từ trên xuống để tránh va đập thuỷ lực. QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 6
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG ống xoắn ruột gà QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 7
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG ống tưới
- Dùng để làm nguội và ngưng tụ,
chất lỏng phun ở ngoài đường ống là nước lạnh
- Nước tưới ở ngoài ống chảy lần
lượt từ trên xuống dưới ống rồi vào thùng chứa
- Khi trao đổi nhiệt sẽ có một phần nước bay hơi
( khoảng 1 - 2 % lượng nước đưa
vào tưới). Khi bay hơi như vậy nó
sẽ lấy một phần nhiệt từ chất tải
nhiệt nóng ở trong ống, do đó
lượng nước dùng làm nguội ở đây
ít hơn so với các loại thiết bị làm nguội khác. QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 8
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG ống tưới QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 9
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG ống tưới
Lượng nước bay hơi được xác định gần đúng: Bề mặt bay hơi
G = Fψ (x − x ) 2 1 Nhiệt dung Hệ số bay hơi riêng Hàm ẩm của không khí CU , 0 . 4
Hệ số cấp nhiệt phía ngoài ống: α = , 0 294 0,6 dn Mật độ tưới QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 10
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG ống lồng ống
- Cấu tạo: gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau
mỗi đoạn có hai ống lồng vào nhau
- Chất tải nhiệt l đi trong ống từ dưới lên
còn chất tải nhiệt II đi trong ống ngoài từ trên xuống
- Khi năng suất lớn, đặt nhiều dãy làm việc song song. - Ưu điểm:
+ Hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể
tạo ra tốc độ lớn cho cả hai chất tải nhiệt
+ Cấu tạo độ đơn giản
nhược điểm: cồng kềnh, giá thành
cao, khó làm sạch khoảng trống giữa hai ống QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 11
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG ống lồng ống
- Cấu tạo: gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau
mỗi đoạn có hai ống lồng vào nhau
- Chất tải nhiệt l đi trong ống từ dưới lên
còn chất tải nhiệt II đi trong ống ngoài từ trên xuống
- Khi năng suất lớn, đặt nhiều dãy làm việc song song. - Ưu điểm:
+ Hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể
tạo ra tốc độ lớn cho cả hai chất tải nhiệt
+ Cấu tạo độ đơn giản
nhược điểm: cồng kềnh, giá thành
cao, khó làm sạch khoảng trống giữa hai ống QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG ống chùm
- Cấu tạo: gồm có vỏ hình trụ 1 hai đầu hàn hai lưới ống 2, các ống truyền
nhiệt 3 được ghép chắc, kín vào lưới ống. Đáy và nắp nối với vỏ bằng mặt
bích có bulông ghép chắc. Trên vỏ, nắp và đáy có cửa ( ống nối ) để dẫn
chất tải nhiệt. Thiết bị được cài đặt trên giá đỡ bằng tai treo hàn vào vỏ.
- Các ống lắp trên lưới ống cần phải kín bằng cách nong hoặc hàn, đôi khi
người ta còn dùng đệm để ghép kín - Ưu điểm:
+ kết cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 13
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG Các cách bố trí ống Đường kính ống D = t b ( − ) 1 + d + − , n (t dn ) m Khi xếp theo hình 6 cạnh b = 2a −1 Số ống trên một cạnh của hình 6 cạnh lớn QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 14 nhất
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG
Chia ngăn trong thiết bị ống chùm
- Khi cần tăng tốc độ của chất tải nhiệt để tăng hiệu quả truyền nhiệt, thường
chia thiết bị ra làm nhiều ngăn
- Khi chia ngăn ngang đối với chất tải nhiệt đi ngoài ống, ngoài tác dụng tăng
tốc độ còn có tác dụng làm cho chất tải nhiệt đi chéo góc vơí phương của trục
ống truyền nhiệt (nhưng tốc độ tăng không tỷ lệ với các ngăn) QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 15
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
LOẠI ỐNG CHÙM a: Vòng bù giãn nở b: Đầu phao hở c: Đầu phao kín Bù giãn nở d: Loại hộp đệm e: Loại chữ U g: Loại ống kép
Thiết bị ống chùm khi ống lắp chắc vào
lưới đỡ ống chỉ làm việc ổn định khi hiệu
số nhiệt độ giưã vỏ thiết bị và ống không
quá 50 độ C, nếu vượt quá giới hạn này
ống hoặc vỏ thiết bị biến dạng do sự giãn
nở không đều nhau. Khi thiết bị làm việc
có sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa vỏ và
ống thiết bị, cần cấu tạo thêm bộ phận bù giãn nở. QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 16
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT THIẾT BỊ LOẠI TẤM
- Bề mặt truyền nhiệt làm bằng các
tấm kim loại, các khe giữa các tấm
tạo thành hai hệ thống không thông với nhau
- Ưu diểm: gọn, tốc độ chất tải
nhiệt hai phía đều lớn
- Nhược điểm: không làm việc được
ở áp suất cao, khó ghép kín
- Được dùng để trao đổi nhiệt ở áp
suất thường, chủ yếu là để đốt nóng không khí bằng khói lò.
- Dùng để trao đổi nhiệt giữa các khí
trong hệ thống lạnh thâm độ QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 17
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
THIẾT BỊ LOẠI Ống xoắn ốc
- Loại này bề mặt truyền nhiệt làm
bằng những tấm kim loại cuốn theo
dạng xoắn ốc .Thiết bị gồm hai tấm
kim loại 1 và 2 , đầu trong của hai
tấm kim loại này được hàn vào tấm
ngăn 3, giữa hai tấm 1 và 2 tạo
thành một khe có tiết diện hình chữ
nhật, chất tải nhiệt sẽ đi trong các
khe đó. Hai đầu thiết bị được ghép kín bằng nắp 4
- Ưu diểm: gọn và có tốc độ lớn,
hai chất tải nhiệt có thể chuyển
động ngược chiều nhau hoàn toàn,
trở lực thuỷ lực nhỏ hơn trong ống chùm
- Nhược điểm: chế tạo và sửa chữa
phức tạp, không làm việc được ở áp
suất cao trên 6 at ( cấu tạo đặc biệt có Q t T h T ể B l IàI 0 m 1 việc được 10 at) TS. Nguyễn Minh Tân 18
2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
THIẾT BỊ LOẠI Ống có gân
- Khi truyền nhiệt giữa hai chất tải nhiệt
mà hệ số cấp nhiệt một phía rất nhỏ so
với phía kia thì ta cần tăng bề mặt truyền
nhiệt ở phía có α nhỏ để tăng hiệu quả
truyền nhiệt bằng cách thêm các gân lên bề mặt truyền nhiệt
- Cách bố trí gân cũng phải chú ý chiều
chuyển động của khí để khí có thể đi sâu
vào giữa các gân, gân phải làm bằng vật
liệu dẫn nhiệt tốt - - Thiết bị truyền nhiệt
loại ống có gân thường có hai kiểu: gân
dọc và gân ngang. Khi truyền nhiệt giữa
hai chất khí, nghĩa là α1 và α2 đều nhỏ,
cấu tạo gân ở cả hai bên, trường hợp
này gân thường có dạng hình kim 3 gọi là
thiết bị truyền nhiệt hình kim QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 19