Bài giảng môn quản trị thiết bị công nghệ Hóa - Thực phẩm

GV: TS. Nguyễn Minh Tân Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm Chương 2 Đun nóng – Làm Nguội – Ngưng tụ 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 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) 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, 2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Loại vỏ bọc 2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG - 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. ống xoắn ruột gà 2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG ống xoắn ruột gà 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. 2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG ống tưới 2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG ống tưới Lượng nước bay hơi được xác định gần đúng: Hệ số bay hơi Bề mặt bay hơi Hàm ẩm của không khí Hệ số cấp nhiệt phía ngoài ống: Nhiệt dung riêng Mật độ tưới 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 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 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 2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG Các cách bố trí ống Đường kính ống Khi xếp theo hình 6 cạnh Số ống trên một cạnh của hình 6 cạnh lớn 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) 2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG CHÙM Bù giãn nở a: Vòng bù giãn nở b: Đầu phao hở c: Đầu phao kín 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. 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 2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT - 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 thể làm việc được 10 at) THIẾT BỊ LOẠI Ống xoắn ốc 2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT - 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  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 1 và 2 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 THIẾT BỊ LOẠI Ống có gân