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 2.1. Đun nóng
2.1. NGUỒN NHIỆT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐUN NÓNG 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, hơi 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; QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2 2.1. Đun nóng
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐUN NÓNG
Đun nóng bằng hơi nước bão hòa ưu điểm:
- Hệ số cấp nhiệt lớn ( α= 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
Ví dụ hơi nước ở 350oc thì áp suất hơi bão hoà là 180 at; ở
374oc ( nhiệt độ tới hạn) áp suất là 225 at và ẩn nhiệt hoá hơi bằng 0 (r = 0). QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 3 2.1. Đun nóng
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐUN NÓNG
Đun nóng bằng khói lò
Đun nóng bằng khói lò được dùng rất phổ biến, nhất là trong hoàn cảnh nước
ta hiện nay, phương pháp này có thể đạt được tới 1000oc. Khói lò được tạo
thành khi đốt cháy các nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí ở trong các lò đốt
Ưu điểm: có thể tạo được nhiệt độ cao Nhược điểm:
- Hệ số cấp nhiệt rất nhỏ ( không quá 100 w/m2độ) do đó thiết bị cồng kềnh
- Nhiệt dung riêng thể tích nhỏ
- Đun nóng không được đồng đều
- Khó điều chỉnh nhiệt độ đun nóng nên dễ có hiện tượng quá nhiệt cục bộ và
gây ra phản ứng phụ không cần thiết
- Khói lò thường có bụi và khí độc của nhiên liệu do đó khi đun nóng gián tiếp,
bề mặt truyền nhiệt sẽ bị bám cặn
- Khi đun nóng trực tiếp sẽ bị hạn chế: Nếu đun nóng các chất dễ cháy, dễ bay hơi thì không an toàn
- Trong khói luôn có một lượng ôxy dư, khi tiếp xúc với thiết bị sẽ ôxy hoá kim loại làm hỏng thiết bị QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 4
- Hiệu suất sử dụng thiết bị thấp, lớn nhất 30%. 2.1. Đun nóng
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: - Thiết bị phức tạp - Giá thành cao QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 5 2.1. Đun nóng
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 bão hoà nhỏ, không bị phân huỷ ở nhiệt độ cao
- Các chất tải nhiệt hữu cơ thường dùng là điphênyl, etediphenyl , hỗn hợp
diphenyl và êtediphenyl, hỗn hợp các muối, các kim loại nóng chảy.v.v. 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. QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 6 2.1. Đun nóng
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. QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 7 2.1. Đun nóng
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. QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 8 2.1. Đun nóng
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. QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 9 2.1. Đun nóng
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 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 10
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
hơi phun ra khỏi đầu ống dẫn
hơi với tốc độ rất lớn, do đó
áp suất tĩnh học trong loa
Đun nóng bằng hơi nước trực tiếp
giảm xuống, chất lỏng bên
ngoài loa ập vào đáy của loa
vừa pha trộn với luồng hơi
Để tránh tiếng động, người ta
phun ra vừa làm tắt tiếng
dùng thiết bị đun nóng không có động
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 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 11
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
Đun nóng bằng hơi nước trực tiếp Cân bằng nhiệt lượng Dλ + G C t 2 2 2 = CDt2 + G C t 2 2 2 + Q d c c m
Lượng hơi nước tiêu hao trong quá trình đun nóng Lượng chất lỏng cần dung G C 2 2 (t − t + CQ 2c 2d ) m nóng D = Nhiệt λ − Ct lượng mất 2c mát Nhiệt dung Nhiệt lượng riêng của chất riêng của Nhiệt dung lỏng hơi nước riêng của nước ngưng tụ QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12
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 hào để đun nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn và ẩn nhiệt ngưng tụ cao
- Dùng hơi nước quá nhiệt không lợi vì hệ số cấp nhiệt thấp và lượng nhiệt quá nhiệt không lớn lắm.
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 13
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 dung G C 2 2 (t2 − t c d ) + Q nóng D m = 2 Nhiệt λ − θ 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 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 14
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:
TIẾT BỊ 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. . QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 15
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
Thiết bị tháo nước ngưng loại phao kín
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.
- Được dùng trong trường hợp áp suất hơi trong thiết bị lớn hơn 10 at
- Nếu như lượng nước ngưng từ thiết bị trao đổi nhiệt chảy ra với lưu lượng
không đổi thì phao chỉ nằm tại một vị trí và liên tục tháo nước ngưng mà không cho hơi đi ra. QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 16
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. . . QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 17
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA Rông đen đỡ - Khi lưu lượng hơi
trong thiết bị trao đổi
nhiệt ít thay đổi, tức là lượng nước ngưng tháo
ra cũng ít thay đổi, và áp suất hơi vào khoảng
dưới 7 at, thì người ta
dùng thiết bị tháo nước
ngưng loại rông đen đỡ
Khi làm việc , nước ngưng sẽ chui qua các lỗ ra ngoài. Có
một lượng hơi nào đấy cũng lọt qua lỗ cùng với nước ngưng,
nhưng áp suất không lớn lắm nên lượng hơi mất không đáng kể QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 18
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA
Sơ đồ thiết bị tháo nước ngưng Thiết bị Thiết bị tháo nước truyền nhiệt
ngưng đặt thấp hơn cửa tháo
nước ngưng ở thiết bị trao
đổi nhiệt 1 ( ít nhất cũng phải
thấp hơn 0,5m) và có lắp
thêm một đường ống phụ để 0,5m
tháo nước ngưng khi thiết bị
2 cần sửa chữa đảm bảo cho
thiết bị làm việc liên tục QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 19
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ Nguyên tắc
- Khói lò được tạo ra bằng cách đốt nhiên liệu trong lò đốt 1
- Sau đó đi vào phòng 2, ở phòng này cho thêm không khí lạnh vào
để điều chỉnh nhiệt độ của khói lò. Lượng không khí cho vào phụ thuộc
nhiệt độ cần điều chỉnh để đun nóng.
- Để giảm lượng ôxy trong khói lò, có thể dùng khí thải ( khói lò sau
khi đã đun nóng) để trộn. QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 20