Bài giảng Đun nóng–Làm Nguội–Ngưng tụ - TS. Nguyễn Minh Tân

Nội dung text: Bài giảng Đun nóng–Làm Nguội–Ngưng tụ - TS. Nguyễn Minh Tân

1. 25.08.11 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 1
2. 25.08.11 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 - HiệQTTBu suấ IIt s01ử dụng thiết bị thấp, lớnTS. nh Nguyất 30%.ễn Minh Tân 4 2
3. 25.08.11 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 3
4. 25.08.11 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 4
5. 25.08.11 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 5
6. 25.08.11 hơi phun ra khỏi đầu ống dẫn ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA 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 +G2C2t2d = CDt2c +G2C2t2c +Qm Lượng hơi nước tiêu hao trong quá trình đun nóng Lượng chất lỏng cần dung G2C2 (t2c − t2d )+ CQm nóng D = Nhiệt lượng mất λ − Ct2c mát Nhiệt dung riêng của chất Nhiệt lượng riêng của lỏng Nhiệt dung hơi nước riêng của nước ngưng tụ QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12 6
7. 25.08.11 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 QTTB II 01 chảTS.y xu Nguyốngễn dMinhễ dàng. 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 G2C2 t2c − t2d + Qm nóng ( ) Nhiệt D = lượng mất λ −Cθ 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 7
8. 25.08.11 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 8
9. 25.08.11 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 9
10. 25.08.11 ĐUN NÓNG BẰNG HƠI BÃO HÒA Sơ đồ thiết bị tháo nước ngưng Thiết bị truyền Thiết bị tháo nước 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 10
11. 25.08.11 ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ Sơ lược các bước tính toán quá trình đun nóng bằng khói lò (1) Tính nhiệt sinh của nhiên liệu (2) Lượng không khí lý thuyết để dùng đốt cháy nhiên liệu (3) Xác định thành phần các khí trong khói lò (4) Tính hàm ẩm của khói lò (5) Cân bằng nhiệt lượng (6) Kích thước của lò đốt QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 21 11