1 chương 1. truyền nhiệts1.downloadmienphi.net/file/downloadfile8/195/1329322.pdf · 2 câu...

1

Chương 1. Truyền nhiệt

Câu 1 Khi nào quá trình truyền nhiệt được gọi là truyền nhiệt ổn định?

Câu 2 Khi nào quá trình truyền nhiệt được gọi là truyền nhiệt không ổn định?

Câu 3 Dẫn nhiệt là quá trình nhiệt lượng được truyền từ

Câu 4 Cấp nhiệt là quá trình nhiệt lượng được truyền từ

Câu 5 Đại lượng đặc trưng cho quá trình truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt là đại lượng nào sau đây?

Câu 6 Đại lượng đặc trưng cho quá trình truyền nhiệt bằng cấp nhiệt là đại lượng nào sau đây?

Câu 7 Quá trình truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt được xác định thông qua định luật nào sau đây?

Câu 8 Quá trình truyền nhiệt bằng cấp nhiệt được xác định thông qua định luật nào sau đây?

Câu 9 Trong tính toán truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt, khi nào tường ống được xem như tường phẳng?

Câu 10 Dòng đối lưu được chia thành mấy dạng?

Câu 11 Khi nào quá trình truyền nhiệt được gọi là truyền nhiệt đẳng nhiệt ổn định?

Câu 12 Khi nào quá trình truyền nhiệt được gọi là truyền nhiệt biến nhiệt ổn định?

Câu 13 Khi nào quá trình truyền nhiệt được gọi là truyền nhiệt biến nhiệt không ổn định?

Câu 14 Quá trình truyền nhiệt đẳng nhiệt giữa hai lưu thể qua tường một lớp xảy ra mấy giai đoạn?

Câu 15 Quá trình truyền nhiệt đẳng nhiệt giữa hai lưu thể qua tường phẳng xảy ra theo thứ tự như thế nào sau đây?

Câu 16 Quá trình nhiệt lượng truyền từ lưu thể nóng đến tường là quá trình truyền nhiệt gì?

Câu 17 Quá trình nhiệt lượng truyền từ tường đến lưu thể nguội là quá trình truyền nhiệt gì?

Câu 18 Trong trường hợp tổng quát, hiệu số nhiệt độ trong truyền nhiệt đẳng nhiệt ∆t được xác định theo công thức n

Câu 19 Trong trường hợp tổng quát, hiệu số nhiệt độ trong truyền nhiệt biến nhiệt ổn định ∆tlog được xác định theo công thức nđây?

Câu 20 Chiều chuyển động của lưu thể sẽ ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt trong trường hợp nào sau đây?

Câu 21 Trong tính toán tlog thì giữa ∆t1, ∆t2 như thế nào?

Câu 22 Chiều chuyển động của lưu thể sẽ ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt trong trường hợp nào?

Câu 23 Tập hợp tất cả các giá trị nhiệt độ trong vật thể, trong môi trường tại cùng một thời điểm được gọi l

Câu 24 Tập hợp tất cả các điểm có cùng một giá trị nhiệt độ tại cùng một thời điểm được gọi là gì?

Câu 25 Quá trình đối lưu tự nhiên xảy ra là do yếu tố nào?

Câu 26 Hãy chọn điều kiện không quan trọng khi chọn chất tải nhiệt:

Câu 27 ChuNn số đặc trưng cho quá trình cấp nhiệt ở bề mặt phân chia pha là chuNn số nào?

Câu 28 ChuNn số đặc trưng cho tính chất vật lý của môi trường là chuNn số nào?

Câu 29 Trường nhiệt độ là gì?

Câu 30 Mặt đẳng nhiệt là gì?

Câu 31 Đối với chất rắn, độ dẫn nhiệt (hay hệ số dẫn nhiệt) thay đổi như thế nào?

Câu 32 Trong các chất lỏng sau, chất nào có hệ số dẫn nhiệt giảm khi nhiệt độ tăng?

Câu 33 Trong các chất lỏng sau, chất nào có hệ số dẫn nhiệt tăng khi nhiệt độ tăng?

Câu 34 Quá trình đối lưu tự nhiên xảy ra là do yếu tố nào?

Câu 35 Chọn phát biểu đúng trong các phát biểu sau:

Câu 36 Đối với đa số chất lỏng, độ dẫn nhiệt (hay hệ số dẫn nhiệt) thay đổi như thế nào?

Câu 37 Trong quá trình dẫn nhiệt ổn định, nhiệt lượng thay đổi như thế nào?

2

Câu 38 Chọn phát biểu đúng nhất trong các phát biểu sau:

A Đối vật thể hay môi trường, hệ số dẫn nhiệt càng cao nhiệt lượng truyền qua càng cao

B Đối vật rắn hệ số dẫn nhiệt càng cao nhiệt lượng truyền qua càng cao

C Đối vật thể hay môi trường, hệ số dẫn nhiệt càng cao nhiệt lượng truyền qua càng thấp

D Đối vật rắn hệ số dẫn nhiệt càng cao nhiệt lượng truyền qua càng thấp

Câu 39 Sự thay đổi nhiệt độ trên một đơn vị chiều dài theo phương pháp tuyến với bề mặt đẳng nhiệt là lớn nhất đ

Câu 40 ChuNn số đặc trưng cho quá trình truyền nhiệt khi đối lưu tự nhiên được gọi là:

Câu 41

Hình vẽ này dùng cho các câu 133, 134

Dòng nóng giảm nhiệt độ từ 800 xuống 600C

Dòng lạnh tăng nhiệt độ từ 200C lên 500C

Quá trình chuyển động của hai dòng lưu thể là

Câu 42

Hiệu nhiệt độ trung bình giữa hai dòng lưu chất là

Câu 43 Quá trình truyền nhiệt đẳng nhiệt giữa hai lưu thể qua tường phẳng nhiều lớp thì nhiệt lượng và nhi

Câu 44 Giả sử nhiệt truyền từ trong ra ngoài trong một tường ống nhiều lớp thì nhiệt lượng và nhiệt độ thay đổi nh

45 Đối với quá trình truyền nhiệt nào sau đây thì chiều của dòng lưu thể không ảnh hưởng đến quá tr

46 Trong công thức Q = K.F. tlog thì ∆tlog là

Chương 2. Đun nóng – Làm nguội – �gưng tụ

Câu 1 Khi chọn chất tải nhiệt cần chú ý những yêu cầu nào về sau đây chất tải nhiệt?

Câu 2 Đun nóng bằng hơi nước bão hòa chỉ thực hiện trong trường hợp nào sau đây?

Câu 3 Hơi nước bão hòa có hệ số cấp nhiệt như thế nào?

Câu 4 Hơi nước bão hòa có giá trị nhiệt độ là bao nhiêu khi ở áp suất tuyệt đối 1 at?

Câu 5 Ưu điểm của đun nóng bằng khói lò là gì?

Câu 6 Nhược điểm của đun nóng bằng hơi nước bão hòa là gì?

500C

200C

800C 600C

500C

200C

800C 600C

3

Câu 7 Nhược điểm của đun nóng bằng khói lò là gì?

Câu 8 Quá trình đun nóng bằng dòng điện có thể tạo nhiệt độ đạt giá trị bao nhiêu?

Câu 9 Các chất tải nhiệt đặc biệt có đặc điểm gì?

Câu 10 Đun nóng bằng hơi nước trực tiếp thường áp dụng đối với lưu chất nào?

Câu 11 Trong đun nóng bằng hơi nước trực tiếp, các dòng phân bố như thế nào?

Câu 12 Tại sao trong các thiết bị đun nóng bằng hơi nước gián tiếp phải tháo nước ngưng?

Câu 13 Quá trình đun nóng thường được sử dụng trong các quá trình nào trong công nghệ hoá học?

Câu 14 Phương pháp làm nguội trực tiếp bằng nước đá thường áp dụng trong trường hợp nào sau đây?

Câu 15 Khi làm nguội trực tiếp bằng phương pháp tự bay hơi sẽ xảy ra các quá trình gì?

Câu 16 Trong quá trình làm nguội khí trực tiếp bằng chất lỏng thì chất lỏng phải thỏa điều kiện gì?

Câu 17 Nếu làm nguội nhiệt độ cần đạt thấp hơn từ 15÷300C thì dùng tác nhân làm nguội nào sau đây?

Câu 18 Khi nào quá trình ngưng tụ được gọi là ngưng tụ bề mặt?

Câu 19 Khi nào quá trình ngưng tụ được gọi là ngưng tụ hỗn hợp?

Câu 20 Trong thiết bị ngưng tụ gián tiếp, các dòng lưu chất thường được phân bố như thế nào?

Câu 21 Trong thiết bị ngưng tụ trực tiếp, để tăng hiệu quả truyền nhiệt, ta cần xử lý như thế nào?

Câu 22 Khi nào thiết bị ngưng tụ trực tiếp được gọi là thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô?

Câu 23 Khi nào thiết bị ngưng tụ trực tiếp được gọi là tiết bị ngưng tụ trực tiếp loại ướt?

Câu 24 Trong thiết bị ngưng tụ Baromet, chiều cao ống Baromet có giá trị bao nhiêu?

Câu 25 Trong thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc, chiều cao của vỏ ngoài có đặc điểm gì?

Câu 26 Thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống 2-1, nghĩa là gì?

Câu 27 Thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống 1-1, nghĩa là gì?

Câu 28 Khói lò được tạo thành như thế nào?

Câu 29 Tại sao nguồn nhiệt cung cấp bằng khói lò ít được sử dụng hơn hơi nước bão hòa?

Câu 30 Tại sao khi đun nóng bằng khói lò thiết bị thường nhanh hỏng?

Câu 31 Trong các nguồn nhiệt sau, loại nào dễ điều chỉnh nhất?

Câu 32 Ngưng tụ là gì?

Câu 33 Khi tổ chức dòng chảy trong thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống, để đạt mục đích bền cơ học, dòng lđược bố trí như thế nào?

Câu 34 Tại sao trong thiết bị truyền nhiệt vỏ ống, dòng lưu chất có nhiệt độ cao thường được bố trí phía trong ống?

Câu 35 Trong thiết bị truyền nhiệt vỏ ống xuôi chiều, trường hợp nào sau đây có thể xảy ra?

Câu 36 Trường hợp nào sau đây nhiệt độ ra của dòng lạnh có thể cao hơn nhiệt độ ra của dòng nóng?

Câu 37 Cho một thiết bị truyền nhiệt vỏ ống 1-1 có nhiệt độ vào và ra đối với dòng nóng lần lượt là 70oC và 4045oC, ta sẽ tổ chức dòng chảy theo trường hợp nào sau đây?

Câu 38 Trong thiết bị truyền nhiệt vỏ ống xuôi chiều 1-1, nhiệt độ vào và ra của dòng lạnh lần lượt là t2đ

có nhiệt độ vào là t1đ=60oC, nhiệt độ ra t1c sẽ như thế nào?

Câu 39 Trong thiết bị truyền nhiệt vỏ ống ngược chiều 1-1, nhiệt độ vào và ra của dòng lạnh lần lượt là tcó nhiệt độ vào là t1đ=60oC, nhiệt độ ra t1c sẽ như thế nào?

Câu 40 Trong thiết bị vỏ ống dùng để ngưng tụ đẳng nhiệt dòng hơi có nhiệt độ là 80oC, dòng lạnh có nhiệt độ vra t2c sẽ như thế nào?

Câu 41 Quá trình nấu nước bằng ấm trong sinh hoạt hằng ngày là quá trình nào sau đây?

4

Câu 42 Trong trường hợp ngưng tụ hơi tinh khiết ở áp suất không đổi thì nhiệt độ của hơi sẽ thay đổi như th

Câu 43 Trong thiết bị vỏ ống dùng để bốc hơi đẳng nhiệt dòng chất lỏng có nhiệt độ sôi là 40oC, dòng nóng (pt1đ=90oC, nhiệt độ ra t1c sẽ như thế nào?

Câu 44 Nhiệt hóa hơi của hơi nước bão hòa có đặc điểm gì?

Câu 45 Trong trường hợp nào hơi nước bão hòa không thể truyền nhiệt? Vì sao?

46 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có ưu điểm chính sau:

48

Đây là sơ đồ thiết bị:

49

Đây là sơ đồ thiết bị :

50

Đây là sơ đồ thiết bị :

5

51


52


52


6

54


55


56


7

57


58


59


8

60


61


62 Chương

Đây là sơ đồ thiết bị: 3: Cô Đặc

Câu 1 Quá trình cô đặc là gì?

Câu 2 Khi nào quá trình cô đặc được gọi là gián đoạn ?

Câu 3 Tại sao quá trình cô đặc thường tiến hành ở điều kiện chân không?

Câu 4 Trong cô đặc liên tục, dung dịch cho vào nồi thường ở điều kiện nào?

Câu 5 Cấu tạo của một nồi cô đặc về cơ bản gồm những bộ phận nào?

9

Câu 6 Dung dịch khi vào nồi được gia nhiệt tại bộ phận nào?

Câu 7 Hơi thứ bay lên trong quá trình cô đặc là gì?

Câu 8 Trong hệ thống thiết bị cô đặc, hơi ngưng tụ tại thiết bị ngưng tụ Baromet là?

Câu 9 Trong các quá trình sau, quá trình nào ngược với quá trình cô đặc?

Câu 10 Trong dòng sản phNm sau khi cô đặc, hàm lượng chất tan như thế nào so với dung dịch đầu?

Câu 11 Đặc điểm của quá trình cô đặc nhiều nồi là gì?

Câu 12 Trong cô đặc nhiều nồi xuôi chiều dung dịch và hơi đốt phân bố như thế nào?

Câu 13 Trong cô đặc nhiều nồi ngược chiều dung dịch và hơi đốt phân bố như thế nào?

Câu 14 Trong quá trình cô đặc nhiều nồi xuôi chiều, dung dịch sẽ di chuyển sang các nồi thế nào?

Câu 15 Trong quá trình cô đặc nhiều nồi ngược chiều, dung dịch sẽ di chuyển sang các nồi thế nào?

Câu 16 Trong quá trình cô đặc nhiều nồi xuôi chiều, hệ số truyền nhiệt thay đổi như thế nào?

Câu 17 Trong quá trình cô đặc nhiều nồi ngược chiều, hệ số truyền nhiệt thay đổi như thế nào?

Câu 18 So với quá trình cô đặc nhiều nồi ngược chiều, thì xuôi chiều có đặc điểm gì?

Câu 19 Đối với dung dịch có độ nhớt lớn cần cô đặc đến nồng độ cao ta chọn phương pháp cô đặc nào?

Câu 20

Hình trên là sơ đồ công nghệ thiết bị :

10

Câu 21


Câu 22


Câu 23

Hình trên là sơ đồ cấu tạo thiết bị :

11

Câu 24


Câu 25


Câu 26


12

27


Bài tâp 1-1:

13 Tường phẳng 2 lớp, Lớp thép không gỉ dày

5 mm Lớp cách nhiệt là vải amiăng 300 mm

Nhiệt độ hai bên tường lần lượt là 1200C và 450C.Biết hệ số dẫn nhiệt của thép không rỉ và của amiăng lần lượt là: 17,5λ1 = w/

mđộ

0,279λ 2 = w/ mđộ ,

Tính nhiệt tổn thất qua 1 m2 tường và nhiệt độ tiếp xúc

Giải

a) Nhiệt tổn thất

Theo phương trình dẫn nhiệt qua tường phẳng ta có

q=( ) ( )

++

−=++

−

0,2790,3

17,50,005

45120

λδ

λδ

tt

2

2

1

1

T2T1 =69,73 [w/m2]

b)Tính ta,

Do truyền nhiệt ổn định q=q1=q2

q1=q=( )

1

aT11

δttFλ −

17,50,005120

λδ

qtt1

1T1a 73,69−=−= =119,98 0C

Bài tập 1-2: Một tường lò hai lớp có lớp trong là gạch chịu lửa có chiều dày δ1 =300 mm, và vỏ bọc ngoài bằng thép có chiều dày δ=10 mm, với hệ số dẫn nhiệt của gạch và thép lần lượt là 1 kcal/mh độ, và 40 kcal/mh độ. nhiệt độ trong lò, t1 =8000C và nhiệt độ bên ngoài môi trường bằng t2=35 0C .Cho hệ số cấp nhiệt của không khí nóng trong lò và hệ số cấp nhiệt của môi trường ngoài lần lượt là α 1=30 kcal/m2h độ, và α 2 =14 kcal/m2h độ.

Tính:

a) Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường

xung quanh?

b)Nhiệt độ giữa hai lớp tường lò?

Giải :

14 a) Theo phương trình truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng ta có lượng

nhiệt truyền đi theo công thức sau.

Q= KF∆ t

∆ t = t1 – t2 =800 – 35 =765 o C.

Hệ số truyền nhiệt

K =

2

1

2

2

1

1

1

1

1

αλ

δ

λ

δ

α+++

K =

141

4001.0

13.0

301

1

+++= 2,469 [kcal/m2h.độ]

q= k ∆ t =2,469.765 = 1888,78 [kcal/m2h]

b)Nhiệt độ giữa hai vách tường:

Vì truyền nhiệt ổn định nên q1 =q = 1α (t1-tT1)

⇒ tT1 = t1- 1α

q= 800 -

3078,1888

= 737,04 0C

mà q2 =q =1

1

δλ

( tT1 – ta )

⇒ ta = tT1 - 1

1

λδq

= 737,04 - 1

3,0.78,1888 = 170,40C

Bài tập 1- 3: Một thiết bị phản ứng có có 3 lớp vỏ, lớp trong bằng thép không gỉ, lớp giữa là bông thủy tinh và lớp ngoài là thép thường. Biết nhiệt độ thành trong thiết bị có nhiệt độ là 90 C° và nhiệt độ bề mặt ngoài là 40 C° . Cho chiều dày lần lượt 3 lớp tường thép không gỉ, bông thủy tinh và thép

thường, 20mmδ1 = , 100mmδ2 = , 5mmδ3 = . Hệ số dẫn nhiệt lần

lượt các bức tường là: 17,5λ1 = ,w/mđộ 0,0372λ2 = w/mđộ,

46,5λ 3 = w/mđộ

Xác định :

a)Lượng nhiệt tổn thất qua 1m2 tường

b)Nhiệt độ tiếp xúc giữa các vách tường

Giải

15 a)Nhiệt tổn thất

Vì thiết bị phản ứng có chiều dày mỏng do đó coi như tường phẳng Theo phương trình dẫn nhiệt qua tường phẳng ta có

q=( ) ( )

46,50,005

0,03720,1

17,50,02

4090

λδ

λδ

λδ

tt

3

3

2

2

1

1

T2T1

++

−=++

−

q=18,59 [W/m2]

b)Tính ta, tb :

Do truyền nhiệt ổn định q=q1=q2=q3

q1=q=( )

1

aT11

δttFλ −

17,50,0218,5990

λδ

qtt1

1T1a −=−=

ta=89,97 0C

mà q2=q= ( )ba2

2 ttδλ

−

2

2

λδ

qtt ab −=⇒

tb=89,97-18,59 40,00520,0372

0,1 = hoặc q3=q= ( )T2b3

3 ttδλ

−

tb=tT2 + q46,50,0518,5940

3λ3δ

+= tb= 40,00190C

Bài tâp 1-4: Tường lò có hai lớp

Lớp gạch chịu lửa dày δ1= 400 mm

16 Lớp gạch thường dày δ2= 200 mm

Nhiệt độ bên trong của lò t1= 10000C, nhiệt độ của phòng xung quanh lò t2 = 350C.Cho hệ số dẫn nhiệt của gạch chịu lửa λ 1= 1,005 w/moC và của gạch thường λ 2= 0,28 w/mđộ. Biết hệ số cấp nhiệt từ khí trong lò tới tường α1= 30 Kcal/m2.h độ. Hệ số cấp nhiệt từ tường đến không khí α2= 14 Kcal/m2h độ.

Xác định:

a) Nhiệt tổn thất từ bề mặt tường.

b) Nhiệt độ tại vùng tiếp xúc giữa gạch chịu lửa và gạch thường và nhiệt độ hai bề mặt tường.

Giải


Theo phương trình dẫn nhiệt qua tường phẳng ta có:

Vì truyền nhiệt đẳng nhiệt tính qua một m 2 ta có

q1= q2 =q

q =k∆ t

∆ t = t1 – t2 = 1000 – 35 = 965 oC

Hệ số truyền nhiệt:

K =

2211 α1

λ2δ

λ1δ

α1

1

+++

Mà λ 1= 1,005 [w/m độ] = 1,005. 0,86= 0,8643 [Kcal/m.h.độ].

λ 2= 0,28 [ w/mđộ]. = 0,28 . 0,86 = 0,2408 [Kcal/m.h.độ].

α1= 30 [Kcal/m2.h.độ].

α2= [14 Kcal/m2h.độ].

K =

141

2408.02,0

8643,04,0

301

1

+++ = 0,715 [kcal/m2h.độ]

q= 0,715.965 =689,97 [kcal/m2h ]

b) xác địng nhiệt độ tT1, tT2 , ta ?

17 Từ phương trình q =q1 = 1α (t1 – tT1 )

⇒ tT1 = t1 - 1αq

= 1000 - 30

689,97= 977oC

mà q2 =q =1

1δ

λ( tT1 – ta ) ⇒ ta = tT1 -

1

1

λqδ

ta= 977 - 0,8643

0,4 689,97.= 657,60C

mà q3 =q =2δ2λ

( ta – tT2 ) ⇒ tT2 = ta - 2λ2qδ

tT2 =657,6 - 2408,0

2,0.97,689=84,6oC

Bài tâp 1-5: Quá trình trao đổi nhiệt giữa hai lưu thể qua tường phẳng một lớp nhiệt độ hai dòng lưu thể lần lược t1 = 1150C t2 = 400C. Bề dày tường δ = 10 mm. Biết hệ số dẫn nhiệt của tường là 46,5 w/m.độ, hệ số cấp nhiệt từ lưu thể tới tường và từ tường đến lưu thể lần lược là α1 = 250 W/m2 độ; α2 = 12 W/m2 độ.

Xác định:

a) Hệ số truyền nhiệt ?

b) Lượng nhiệt truyền đi từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội?

Giải :

a)Theo phương trình truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng một lớp ta có công thức tính hệ số truyền nhiệt như sau;

K =

2

1

1

11

αλδ

α++

=

121

5,4601,0

2501

1

++= 11,42 [w/m2.độ]

b) Lượng nhiệt truyền đi từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội.

Áp dụng công thức tính lượng nhiệt truyền đi theo công thức sau.

Q= KF∆ t

∆ t = t1 – t2 =115 – 40 =75 o C.

F =1m2

q= k ∆ t =11,42.75 = 856,5 [w/m2]

18 Bài tập1-6: Một tường lò 2 lớp, gồm Lớp vữa chịu lửa dày δ1 = 500mm, và lớp gạch dày δ2 = 250 mm, diện tích bề mặt truyền nhiệt là 20 m2. Nhiệt độ là 13000C. Nhiệt độ bên ngoài lò 400C.biết hệ số cấp nhiệt của không khí nóng tới tường là α 1= 35 kcal/m2 h độ, hệ

số cấp nhiệt từ tường tới không khí bên ngoài là α 2 = 8

kcal/m2h.độ, cho λ 1 = 3 kcal/m.h.độ, λ 2 = 0,5 kcal/m.h.độ.

Xác định:

a) Lượng nhiệt truyền đi qua tường

b) Nhiệt độ ta giữa 2 lớp tường

Giải tương tự bài (6-4)

Đs: a) Q =30492(kcal/h)

b) k=1,21 (kcal/m2h.độ)

c) tT1 = 1256,440c , ta = 1002,340C

Bài tập 1-7: Một lò đốt ba lớp hình trụ, có đường kính trong lò là 1m, lớp trong xây bằng gạch chịu lửa dày 25 cm, lớp giữa là bông thuỷ tinh dày 30 cm, lớp ngoài cùng băng thép dày 1cm, chiều dài tương bằng 3 m. Biết nhiệt độ trong lò t1=8500C, nhiệt độ không khí bên ngoài lò băng t2= 300C. Cho hệ só cấp nhiệt của không khí nóng và của không khí bên ngoài lần lượt là α 1=30kcal/m2h.độ và α 2=11kcal/m2h.độ.

Tính :

a) Lương nhiệt tổn thất ra môi trường?

b) Nhiệt độ tT1, tT2 , ta ?

giải

a) Lương nhiệt tổn thất ra môi trường:

Ta sẽ có phương trình: Q = K 2 Lπ [t1 –t2 ]

Hay : Q = K 2 Lπ ∆ t [kcal]

K =

423

4

32

3

21111 rα1

rr

ln.λ1

rr

.lnλ1

rr

.lnλ1

rα1

1

++++ 2

19

λ :hệ số dẫn của vật liệu tra bảng 3 giáo trình học viên :

11.1,061

1,051,06.ln

46,5.0,861

0,751,05.ln

60,0372.0,81

0,50,75ln

1,005.0,861

30.0,51

1K++++

=

K = 0,08977 9 (kcal/ m2h.độ)

Q = 0,08977. 2. 3,14.3.(850 – 30) = 1386,8 (kcal/h)

b) Nhiệt độ tT1, tT2 , ta

Vì truyền nhiệt ổn định nên Q1 =Q = 1α F(t1-tT1)

F = 2π r1L = 2.3,14.0,5.3 =9,42 m2

⇒ tT1 = t1 - FαQ

1

= 850 - 30.9,421386,8

= 845,1 0C

Tính nhiệt độ ta

Q=

1

2

1

ln.1

.2

r

r

l

λ

π(tT1 –ta ) ⇒ ta =tT1 – Q [

l

r

r

..2

ln.1

1

2

1

πλ

]

ta =845,1 – 1386,8[ 3.14,3.2

5,0

,75,0ln.

86,0.005,1

1

] =810,50C

Tính nhiệt độ tT2

Tương tự ta tính được t b= 41,50C

Theo phương trình cấp nhiệt từ tường ngoài tới môi trường ta có:

Q5 = Q= 2α (tT2 - t2 ) 2π r4L =Q= 2α (tT2 - t2 ) F

Mà F =2. 3,14.1,06.3 = 19,97 m2

tT2 = t2 + 2F.α

Q = 30 +

19,97.111386,8

= 36,3 0C

20

Bài tập 1-8: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruật gà với ống truyền nhiệt có đường kính φ100×2 mm dài 20 m được làm bằng đồng đỏ. Biết lưu thể nóng đi trong ống truyền nhiệt là hơi nước bão hoà có áp suất tuyệt đối bằng 2 at, nhiệt độ của lưu thể nguội bên ngoài ống truyền nhiệt là 1080C, hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hoà là 9800 w/m2 độ, hệ số cấp nhiệt của lưu thể nguội là 350w/m2 độ.

Tính:

a) Hệ số truyền nhiệt của thiết bị?

b)Lương nhiệt truyền đi từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội?

Giải

a) Hệ số truyền nhiệt của thiết bị?

Vì tỷ số 1

2

rr

= 048,005,0

⟨ 2 , do vậy ta có thể áp dụng phương trình truyền

nhiệt qua tường phẳng một lớp trong trường hợp này được.

Q =KF(t1 –t2)

21

111

αλδ

α ++=K

λ :hệ số dẫn nhiệt đồng đỏ tra bảng 3 giáo trình học viên ta có:

λ =384 W/m.độ

Thay số vào ta có:

K=

3501

384002,0

98001

1

++= 337,3 [w/m2độ ]

Lương nhiệt truyền đi từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội?

F = 2π rtbL = 2.3,14.0,049.20 =6,15 m2

Áp suất hơi nước bão hoà bằng 2at, tra bẳng tính chất của hơi nước bão hoà ta có nhiệt độ tương ứng tD = 119,6 0C

∆ t = t1 – t2 = 119,6 – 108 = 11,6 oC

Q =kF∆ t = 337,3.6,15.11,6 = 24062,9 [w]

21 Bài tập 1-9: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với số ống truyền nhiệt là 90 đường kính φ60×2 mm. Chiều dài ống dài 3 m, ống làm bằng đồng thau. Thiết bị dùng làm nguội dung dịch từ 1200C xuống 400C bằng nước lạnh chảy ngược chiều, nước vào 200C và đi ra 350C. Biết hệ số cấp nhiệt của dung dịch là 240 Kcal/m2h độ, hệ số cấp nhiệt của nước lạnh là 150 Kcal/m2h.độ.

Xác định :

a) Hệ số truyền nhiệt của thiết bị.

b) Lượng nhiệt trao đổi giữa 2 lưu thể.

GIẢI

a) Áp dụng phương trình truyền nhiệt

mà 25460

2d1d

<= do vậy ta áp dụng phương trình truyền nhiệt của

tường phẳng cho tường ống này được.

Q=KF ∆ t lg

K=

21 α1

λ1

α1

1

++

λ :hệ số dẫn nhiệt đồng thau tra bảng 3 giáo trình học viên ta có:

λ =93 W/m.độ

δ =2 mm =0,002 m

K= 92

1501

93.0,860,002

2401

1 =++

[ kcal/m2h.độ ].

Diện tích truyền nhiệt của thiết bị

F=2π .L.nRtb

n:là số ống truyền nhiệt

Rtb= 292

2602

Sd =−=− mm

Rtb=0,029 m

F=2 .3,14.0,029.3.90=49,17 m2

22

120 40

35 20

20∆t2 = 20∆t2 =

b) Lượng nhiệt trao đổi giữa 2 lưu thể.

Q=KF 4,992.49,17.4∆ttb= =203111,4 [Kcal/h ]

Bài tâp 1-10: Một ống truyền nhiệt có đường kính φ100×2 mm dài 40m được làm bằng đồng đỏ. Nhiệt độ 2 bên tường lần lượt là 1150C và 450C. Tính lượng nhiệt dẫn qua tường ống. Giải bài toán trong trường hợp xem tường ống là tường phẳng.

giải

a) Lương nhiệt tổn thất ra môi trường:

Ta sẽ có phương trình: Q = δλ

F[tT1 –tT2 ]

diện tích bề mặt truyền nhiệt trung bình của ống.

F =2π .L.Rtb

Rtb= 49 mm =0,049 m

F= 2. 3,14. 0,049. 40 =12,3 [m2]

Tra bảng 3 trong giáo trình học viên ta có hệ số dẫn nhiệt của đồng đỏ

λ =384 W/m.độ

Q = = 0,002

384 12,3[115-45 ] =165312000[w] =165312 [kw]

C44,9

2085ln

2085

∆t∆t

ln

∆t∆t∆t

2

1

21tb

°=−=−

=

23 Bài tâp 1-11: Một ống dẫn hơi làm bằng thép không gỉ dài 35 m, đường kính 51 × 2,5 mm được bọc bằng một lớp cách nhiệt dày 30 mm. Nhiệt độ bề mặt ngoài lớp cách nhiệt là 450C, bề mặt trong ống là 2000C. Xác định lượng nhiệt tổn thất của ống dẫn hơi. Cho hệ số dẫn nhiệt của chất cách nhiệt làm bằng sợi amiăng bằng 0,115 w/mđộ.

GIẢI

Lương nhiệt tổn thất ra môi trường:

Áp dụng công thức tính lượng nhiệt truyền qua tường ống nhiều lớp ta có:

Q =

2

3ln2

1

1

2ln1

1

)(221

r

r

r

r

ttLTT

λλ

τπ

+

−

Trong đó tT1= 200 0C

tT2= 450c

Tra bảng 3 trong sách học viên ta có 1λ =17.5 w/m.độ

2λ = 0,115 w/m.độ

Q =

0255,00555,0ln1

023,00255,0ln

5,171

1.35).45200(14,3.2

115,0+

− =5033,4 [ w]

Bài tâp 1-12: Ống truyền nhiệt có đường kính φ100×2 mm, làm bằng đồng thanh.Bên ngoài bọc lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh dày 50 mm như Biết nhiệt độ tT1= 1200C và tT2= 350C. Tính lượng nhiệt tổn thất qua 1m chiều dài ống và nhiệt độ tiếp xúc giữa hai tường

GIẢI

Lương nhiệt tổn thất ra môi trường:

Áp dụng công thức tính lượng nhiệt truyền qua tường ống nhiều lớp ta có:

Q =

2

3ln2

1

1

2ln1

1

)(221

r

r

r

r

ttLTT

λλ

τπ

+

−

Trong đó tT1= 120 0C

tT2= 650C

24 Tra bảng ta có hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh và của đồng thanh lần lượt là:

λ=0,0372 W/m.độ λCu=64 W/m.độ

Q =

05,01,0ln1

048,005,0ln

641

1).65120(14,3.2

0372,0+

− =18,5 [ w]

Tính nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp tường ta

Từ công thức tính lượng nhiệt truyền qua tường phẳng một lớp ta có:

Q=

1

2

1

ln.1

.2

r

r

l

λ

π(tT1 –ta ) ⇒ ta =tT1 – Q [

l

r

r

..2

ln.1

1

2

1

πλ

] =810,50C

⇒ ta =120 – 18,5 [ 1.14,3.2

048,0

05,0ln.

64

1

] =119,980C

Bài tâp 1-13: Tìm nhiệt độ bề mặt trong của lớp vỏ nồi bằng inox dày 10 mm nếu như nhiệt độ mặt lớp bọc cách nhiệt ngoài của nồi là 400C. Chiều dày lớp bọc cách nhiệt là 300 mm. Nhiệt kế cắm sâu vào 80 mm kể từ bề mặt ngoài và chỉ 700C. Hệ số dẫn nhiệt của lớp bọc cách nhiệt 0,279 w/mđộ, của inox là 30 w/mđộ.

Giải


Do truyền nhiệt ổn định nên lượng nhiệt qua hai lớp tường bằng nhau và q =q1= q2 chính bằng lượnh nhiệt truyền đi qua chiều dày của lớp cách nhiệt là 80 mm kể từ vị trí đầu nhiệt kế ra bề mặt ngoài của tường.

Theo phương trình dẫn nhiệt qua tường phẳng ta có

Gọi -nhiệt độ nhiệt kế đo được là tb. nhiệt độ tiếp xúc giữa hai vách tường là ta.

chiều dày mà nhiệt kế cắm vào lớp cách nhiệt là 3δ ( 3δ = 0,08 m)

Hình 6-21

25

q =( )

0,2790,08

4070

λ3

δ

tbt

2

T2 −=−

=104,6 [w/m2]

b)Tính ta,

Do truyền nhiệt ổn định q=q1=q2

q1=q=( )

2

T22

δ

tatλ −

0,2790,340

λδ

qtt2

2T2a 6,104+=+= =152,4 0C

Tương tự ta tính được tT1

300,01152,4

1λδ

qatt 1T1

6,104+=+= =152,43 0C

Bài tâp 1-14: Thiết bị trao đổi nhiệt làm bằng thép không gỉ có chiều dày δ1= 5mm. Lớp cách nhiệt làm bằng sợi amiăng có chiều dày δ2=50 mm, và hệ số dẫn nhiệt là 0,1115 w/m.độ. Cho α1 = 200 w/m2độ ; α2 = 12 w/m2độ. Nhiệt độ chất lỏng bên trong thiết bị trao đổi nhiệt t1 = 800C. Nhiệt độ không khí bên ngoài t2 = 300C

Xác định nhiệt độ tổn thất ra môi trường và nhiệt độ bên trong tT1 và bên ngoài tT2 của các mặt tường của thiết bị trao đổi nhiệt và nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp tường .

Giải bài này tương tự bài 6-1

Đs : Qtt = 93 w/m2 ,tT1= 79,53oC ,ta =79,5 oC tT2= 37,79oC

Bài tập 1-15 Cho thiết bị truyền nhiệt loại ống chùm dùng hơi nước bão hòa có áp suất dư là 1 at, nhiệt độ là 119,6oC, để gia nhiệt cho dung dịch bên trong. Vỏ thiết bị được làm bằng thép dày 4 mm. Nhiệt độ không khí xung quanh là 300C. cho hệ số cấp nhiệt của không khí và của hơi nước lần lượt là 16 kcal/m2h độ và 11500 kcal/m2h độ. Tính lượng nhiệt tổn thất và nhiệt độ hai bên bề mặt tường của vỏ thiết bị.

Giải bài này tương tự các bài trên

Đs : Qtt = 1432.5 kcal/m2hđộ ,tT1 = 119,47oC ,tT2 =119,3 oC

26 Bài tập 1-16: Cho thiết bị truyền nhiệt loại vỏ bọc. Dùng hơi nước bão hòa có áp suất dư là 2 at, nhiêt độ 132,9 oC, để gia nhiệt cho dung dịch bên trong. Vỏ bọc bên ngoài được làm bằng thép không gỉ dày 20 mm, diện tích của vỏ bọc ngoài của thiết bị là 12 m2. Nhiệt độ không khí xung quanh là 350C. Cho hệ số cấp nhiệt của không khí và của hơi nước lần lượt là 16,5 w/m2độ, và 12000 w/m2độ.

Tính :nhiệt tổn thất ra môi trường và nhiệt độ hai bên bề mặt tường của vỏ thiết bị

Đs : Qtt = 18996,5 w , tT1 = 132.78oc ,tT2 =130,9 oC

Bài tập 2-1: Tính lượng nhiệt chứa trong 1000 kg H2O ở 250C và 500C. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4186 j/kg độ.

Giải

Nhiệt lượng chứa trong 1000 kg nước ở 25 và 50 oC :

Áp dụng công thức ta có :

Q25oC =m.c.t25 =1000.4186.25=104650000 [w]

Q50oC = m.c t50 =1000.4186.50=209300000 [w]

Bài tập 2-2: Tính lượng nhiệt cần thiết làm bay hơi hoàn toàn 10 kg nước ở nhiệt độ sôi (áp suất làm việc là 1 at). Biết Nn nhiệt hoá hơi của nước là 2264 kj/kg .

Giải

lượng nhiệt cần thiết để bay hơi hoàn toàn 10 kg nước .

Áp dụng công thức ta có :

Q = m.r = 10.2264 =22640 [kj]

Bài tập 2-3: Dùng hơi nước bão hòa ở áp suất dư 2 at để gia nhiệt cho 1500 kg/h hỗn hợp rượu etylic từ 250C lên 850C. Biết nhiệt dung riêng của rượu là 3500 j/kg độ, và Nn nhiệt hoá hơi của hơi nước bão hoà là 518,1 kcal/kg. Tính lượng hơi đốt cần thiết.

Giải

Theo phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có:

Q = D.r = GR CR (tRc – tRđ )

27

⇒ D =R

)t(tCG RcRR Rd−

= 518,1

418635001500 )2585( −

= 145,2 [

kg/h]

Bài tập 2-4: Một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm có diện tích bề mặt truyền nhiệt là 10 m2, làm việc ngược chiều để đun nóng một hỗn hợp rượu với năng suất 600 kg/h từ nhiệt độ 25oC đến 80oC. Tác nhân đun nóng là một chất thải hữu cơ có nhiệt độ vào là 105oC và nhiệt độ ra là 65oC. Cho nhiệt dung riêng trung bình của chất thải hữu cơ là 0,45 kcal/kgđộ và nhiệt dung riêng trung bình của hỗn hợp rượu là 0,85 Kcal/kgđộ.

Hãy tính:

a) Lưu lượng chất thải hữu cơ đưa vào đun nóng

b) Hệ số truyền nhiệt của thiết bị

Giải

a) Theo phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có:

ta ký hiệu chất tải nhiệt hữu cơ là 1 còn rượu là 2

Q = G1c1( t1đ –t1c) = G2 C2 (t2c – t2đ )= )2580( − 0,85 600. =28050 [kcal/h]

⇒ G1 =)( 11 cd tt −

−

1C

)t(tCG 2c2c22 = 65)-(105 0,45

0,85 600. )2580( −= 1558,3 [ kg/h]

b) Từ phương trình truyền nhiệt:

Q = kF∆ t.lg ⇒ k =lgtF

Q∆

105 65

80 25

25∆t1 = 40∆t2 =

C

2540ln

2540

∆t

∆tln

∆t∆t∆t

1

2

12tb

°=−=−

= 9,31

28

⇒ k =lgtF

Q∆

= 10.31,928050

= 87,9 [kcal/m2h độ]

Bài tập 2-5: Một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, dùng làm lạnh một dung dịch có lưu lượng là 90 kg/phút từ nhiệt độ 120oC đến 50oC. Dung dịch được làm lạnh bằng nước lạnh chảy ngược chiều, có nhiệt độ vào là 20oC, đi ra có nhiệt độ là 45oC. Cho nhiệt dung riêng trung bình của dung dịch và của nước lần lượt là 2800 J/kg độ và 4186 J/kg độ, hệ số truyền nhiệt của thiết bị là 340 W/m2.độ, cho nhiệt tổn thất bằng không.

Xác định:

a) Lưu lượng nước cần sử dụng

b) Diện tích bề mặt truyền nhiệt

Đs : b) G =2,849 kg/s , c) F = 17,6 m2

Giải

-Ta ký hiên chỉ số 1 là lưu thể nóng và 2 là lưu thể nguội


Q = G1C1(t1đ –t1c) =G2C2(t2c –t2đ)

Q = = G1C1(t1đ –t1c) = )50120(2800.5,1 − =294000 [w]

⇒G2 = )(

)(

222

1111

dc

cd

ttC

ttCG

−

−=

)2045(4186

)50120(2800.5,1

−−

= 2,809 [kg/s]


Từ phương trình truyền nhiệt;

Q = kF∆ t.lg ⇒ F =lg.. tk

Q

∆


Q∆

120 50

45 20

75ax∆t =m 30in∆t =m

C

3075ln

3075

∆t∆t

ln

∆t∆t∆t

in

inax

maxtb°=−=−= 1,49

m

mm

29

F = 340.49,1294000 =17,6 [m2]

Bài tập 2-6: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm dùng ngưng tụ hơi rươu êtylíc với năng suất 500 kg/h. biết hơi rượu ngưng tụ ở 78 0C, và được làm lạnh bằng nước lạnh có nhiệt độ vào là 20oC,nước đi ra là 40oC, diên tích truyền nhiệt của thiết bị bằng 30 m2, nhiệt dung riêng của rượu và nước lần lượt là 0,8 kcal/kg độ, 1 kcal/kg độ, cho ẩn nhiệt ngưng tụ của rượu bằng 1800 kj/kg.

Tính:

a)Lượng nước lạnh đưa vào thiết bị ?

b)Hệ số truyền nhiệt của thiết bị?

Giải


Q = D1.r1 = G2 C2 (t2c – t2đ )

⇒ G2 = )2dt(t2C1RD

2c

1

−=

20)1(404,1861800500

−= 10750 [kg/h]

ta ký hiệu còn rượu là 1 còn nước lạnh là 2

b) Từ phương trình truyền nhiệt:


Q∆

Mà ∆ t max =78-20 = 58oC

∆ t min = 78 -40 = 38oC

∆ t lg = 2

∆tmin∆tmax +=

23858+

= 48oC

Q = DR.rR = 500. 430 = 215002 [kcal/h]

⇒ k =lgtF

Q∆

= 48.20

215002= 223,9 [kcal/m2h.độ]

Bài tập 2-7: Một thiết bị ngưng tụ ống chùm để ngưng tụ hơi benzen ở áp suất thường với năng suất 1000 Kg benzen/h. Biết nhiệt độ hơi benzen ngưng tụ ở nhiệt độ 800C và Nn nhiệt ngưng tụ rB=9,45 Kcal/Kg. nước dùng làm

30 lạnh có nhiệt độ vào 240C và nhiệt độ ra 340C, diện tích bề mặt truyền nhiệt là 20 m2 .Cho Qtt = 0 .

Xác định :

a)Lượng nước đưa vào thiết bị

b)Lượng nhiệt trao đổi

c)Hệ số K

GIẢI

a)Lượng nước đưa vào thiết bị

b) L ượng nhiệt trao đổi

Q=DrB=1000.94,5=94500 Kcal/h

c)Tính hệ số truyền nhiệt thiết bị

t1=800C=const

24 34

∆t1=56 ∆t2=46

C512

4656∆ttb

°=+=

92,651.2094500K == [kcal/m2h0C] .

( )dcn

Bn ttC

DrG

−=

( ) [kg/h] 945024341

1000.94,5G n =−

=

tbt.F

QK∆

=

31 Bài tập 2-8: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruột gà có đường kính ống Φ80×25. Chiều dài ống bằng 30 m và làm bằng đồng thau. Hơi nước bão hòa đi trong ống có áp suất tuyện đối 6 at để đun nóng cho dung dịch từ 300C đến 800C với năng suất 1500 kg/h.Cho hệ số cấp nhiệt của hơi nước là 1050α1 = w/m2độ, và hệ số cấp nhiệt của dung dịch là

200α2 = w/m2độ, . Xác định lượng nhiệt truyền đi từ hơi nước cho dung

dịch

Giải

Áp dụng phương trình truyền nhiệt qua tường ống 1 lớp:

Q=K2πL∆ t lg

K=

221

2

11 Rα1

RR

lnλ1

Rα1

1

++

R2=40 mm =0,04 m,R1= 15 mm = 0,015 m

Đồng thau có 64λ = w/m2độ

K=

200.0,041

0,0150,04.ln

641

510500.0,011

1

++

K=6,8 W/m2 .độ

Hơi đốt ở 6at có nhiệt độ tD=158,1 0C

158,10C

80 30

C78,12∆t °= C128,11∆t °=

C101,5

78,1128,1ln

78,1128,1∆tlg °=−=

Q=6,8.2πL 129457,17.30.101,56,8.2.3,14∆t.lg == [Kcal/h]

32 Bài tập 2-9: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có số ống là 100, đường kính ống φ100×2 chiều dài ống 3m . Cần làm lạnh dung dịch đi trong ống có nhiệt độ giảm từ 1200C xuống 600C. Nước làm lạnh chảy ngược chiều có nhiệt độ vào 200C và đi ra 450C, lượng nước lạnh đi vào thiết bị 1,2 tấn/h. Cho nhiệt dung riêng của dung dịch và nước lần lượt là 0,8 Kcal/kg độ và 1 Kcal/kg độ. Tổn thất nhiệt độ ra môi trường 1000 Kcal/h .

Xác định:

a)Lưu lượng dung dịch vào thiết bị

b)Hệ số truyền nhiệt của thiết bị

GIẢI

a)Xác định lưu lượng dung dịch vào thiết bị

Áp dụng phương trình trao đổi nhiệt ta có

G1 C1 (t1đ-t1c)=G2 C2(t2c-t2đ)+Qtt

b) Xác định hệ số truyền nhiệt của thiết bị

Q=KF∆t.lg

F=2πRtb.L.n

Rtb= 0,049m49mm2

21002

2d ==−=−

F=2.3,14.0,049.3.100=92,316 m2

K=lgt.F

Q∆

120 60

( )( )1c1d1

2d2c221 ttC

QttCG tt

−+−

=G

( )( ) [kg/h] 645,8

601200,8100020451200.1

1=

−+−=G

33 45 20

∆t1=750C ∆t2=400C

∆ttb= C57,52

4075 °=+

K=( )

5,84592,316.57,10002045 1200.1 =+−

[kcal/m2h0C ].

Bài tập 2-10: Một thiết bị truyền nhiệt ống chùm dùng làm nguội khí Nitơ từ nhiệt độ 800C xuống 350C bằng nước lạnh chảy ngược chiều có nhiệt độ vào 220C và đi ra 320C. Năng suất ở diều kiện tiêu chuNn là 1240m3/h . Khối lượng riêng của khí Nitơ là 1,25Kg/m3. nhiệt dung riêng của khí Nitơ là Cn=0,25 Kcal/Kg độ. Hệ số truyền nhiệt của thiết bị K=60 kcal/m2h độ .

X ác định:

a)Lượng nhiệt truyền cho khí N2

b)Lượng nước làm lạnh cần thiết

c) Diện tích bề mặt truyền nhiệt

GIẢI

a)Lượng nhiệt truyền cho khí N2

Áp dụng phương trình ta có

Q=GnCn(tnc-tnđ)

Gn: khối lương khí N2 vào thiết bị

Gn=V.P=1240.1,25=1550 Kg/h

Q=1550.0,25(80-35)=17437,5(Kcal/h)

b)Lượng nước cần thiết vào thiết bị.

c)Diện tích bề mặt truyền nhiệt

80 35

( ) ( ) [kg/h] 1743,822321

17437,5ttC

QGndncn

n =−

=−

=

lgtk.QF∆

=

34 32 22

∆t1=48 ∆t2=13

C26,8

1348ln

1348∆ttb

°=−=

10,860.26,817437,5F == [m2]

Bài tập 2-11: Một thiết bị dùng đun nóng 5 tấn dung dịch clorua canxi bằng hơi nước bão hòa khô có áp suất (Ptđ = 2 at) Nn nhiệt ngưng tụ bằng 527 kcal/kg, và tiêu hao là 300 kg. Tổn thất nhiệt của thiết bị ra môi trường xung quanh trung bình là 600 kcal/h. Nhiệt độ ban đầu của dung dịch 200C. Nhiệt dung riêng trung bình của dung dịch là 0,7 kcal/kg độ. Xác định nhiệt độ cuối của dung dịch sau 3 giờ đun nóng?,

Giải

Theo phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có:

Q = D.r = G C (tc – tđ )+ Qtt .τ

Q = D.r = 300.527=5000. 0,7(tc -20) + 600.3 =158100 [kcal]

tc = 7,0.5000

3.60020.7,0.5000158100 −+= 64,60C

Bài tập 2-12: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm dùng đun nóng một dung dịch đường với năng suất 800 kg/h, từ nhiệt độ 300C đến 800C, lưu thể nóng có nhiệt độ giảm từ 120 xuống 850C. Biết hệ số truyền nhiệt của thiết bị

k= 30kcal/m2h độ, nhiệt dung riêng của dung dịch đường và của lưu thể nóng lần lượt là 480 kj/kg độ,310 kj/kgđộ.

Tính:

a)Suất lượng lưu thể nóng vào thiết bị ?

b)Diện tích bề mặt truyền nhiệt của thiết bị ?

Giải:

-Ta ký hiên chỉ số đường là 2, và lưu thể nóng là 1


G1C1(t1đ –t1c) =G2C2(t2c –t2đ)

35

⇒G1 =)(

)(

111

2222

dc

cd

ttC

ttCG

−

−=

)85120(4186

3100

)3080(4186

4800800

−

−

= 1770,9

[kg/h]


Từ phương trình truyền nhiệt;

Q = kF∆ t.lg ⇒ F =lg.. tk

Q

∆

Mà ∆ t max =85-30 = 55oC

∆ t min = 120 -80 = 40oc

∆ t lg = 2

∆tmin∆tmax +=

24055+

= 47,5oC

Q =G1C1(t1đ –t1c) =G2C2(t2c –t2đ) = 45867 [kcal/h]

F = 30.47,545867

=32,18 [ m2]

Bài tập 2-13: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống dùng đun nóng một dung môi bằng hơi nước bão hòa có nhiệt độ không đổi là 1000C. Hơi nước có hàm nhiệt là 2677.103J/kg dung môi được đun nóng có lưu lượng là 800 kg/h từ 250C lên 700C, với nhiệt dung riêng của dung môi coi như không đổi và bằng 3200 J/Kg độ. Nhiệt tổn thất bằng 5% tổng lượng nhiệt vào, cho hệ số truyền nhiệt là 570 Kcal/m2h.độ.

Tính: a) Lưu lượng hơi đốt cần dùng

b) Bề mặt truyền nhiệt cần thiết

Giải bài này tương tự bài các bài trên

Đs : a) D = 55,73 kg/h ,

b) F = 1 m2

36 Bài tập 3-1: Nồng độ ban đầu của dung dịch NaOH là 80 g trong 1 lít dung dịch. Khối lượng riêng của dung dịch là 1010 kg/m3, dung dịch sau khi cô đặc là 1,555 g/cm3, tương ứng với nồng độ dung dịch là 840 g/l.

Hãy xác định lượng nước đã bốc hơi trên 1 tấn dung dịch ban đầu.

Giải:

Áp dụng công thức cân bằng vật liệu của thiết bị cô đặc ta có :

Mà xc =1555

840= 0,54 [kg NaOH/kg hỗn hợp]

Xđ =1010

80= 0,079 [kgNaOH/kg hỗn hợp]

=1000(1- 54,0

079,0) =853,7 [kg]

Bài tập 3-2: Tính nồng độ cuối của dung dịch đường (theo % khối lượng) nếu thu được 1500 kg nước từ 2700 kg dung dịch ở nồng độ 12 % khối lượng bằng bốc hơi.

Giải:


Mà w= 1500 kg

Gđ =2700 kg

Xđ = 12% khối lượng

Ta có Gc =Gđ – W =2700-1500 = 1200 [kg]

Gđ.xđ =Gc.xc

⇒xc =c

dd

G

xG=

1200

12,0.2700= 0,27=27 [% khối lượng]

Bài tập 3-3: Một thiết bị bốc hơi làm việc ở áp suất khí quyển để cô đặc dung dịch CaCl2 từ 10% lên 48% khối lượng. Năng suất theo nhập liệu của thiết bị là 1500 kg/h. dòng nhập liệu có nhiệt độ đầu là 200C và sản phẩm ra có nhiệt độ 1100C, nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch bằng 1070C. Nhiệt dung riêng của dung dịch coi như không đổi và bằng 0,8 kcal/kg độ .Hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất tuyệt đối ở 3 kg/cm2, nhiệt độ của hơi đốt là 132,80C, Nn nhiệt ngưng tụ là 518,1

−=

c

dd

x

xGw 1

−=

c

dd

x

xGw 1

37 kcal/kg, và hàm nhiệt của hơi thứ là 639 kcal/kg. Biết diện tích bề mặt truyền nhiệt của thiết bị là 52m2.

Tính:

a) Tính lượng hơi thứ bốc hơi.

b) Tính chi phí hơi đốt.

c) Tính hệ số truyền nhiệt

Giải :

Mà Gđ= 1500 kg/h

Xđ = 10% khối lượng Xc = 48% khối lượng

tđ =200C tc =1100C

tD =132,80C rD =518,1 kcal/kg

Iw =639 kcal/kg F =52 m2

a) Tính lượng hơi thứ bốc hơi.


=1500(1- 48,0

1,0) =1187,5 (kg/h)

b) Tính chi phí hơi đốt.

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị cô đặc ta có :

b)Lượng hơi đốt vào thiết bị

Q=Dr=Gđ Cđ(tc-tđ)+w(i-Cntc)+Qtt

Q=1500.0,8(110-20)+1187,5(639-1.110) =736187,5 [kcal/h]

420,9518,1

136187,5rQD 1=== [kg/h]


F∆tQK

tb

=

∆ttb =tđ - tStb

∆ttb=132,8-107=25,80C

−=

c

dd

x

xGw 1

38

25,8.52

736187,5K 7,548== [kcal/m2h.độ ].

Bài tập 3-4: Một thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất khí quyển có năng suất theo nhập liệu 3500 kg/h, nồng độ ban đầu là 18% khối lượng, sau khi cô đặc

nồng độ tăng lên 46% khối lượng, nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch trong thiết bị 1050 C, hơi đốt tiêu hao là 850 kg/h áp suất dư của hơi đốt là 2

kg/cm2. Bề mặt truyền nhiệt của phòng đốt có hệ số truyền nhiệt k = 370 w/m2. độ, . Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh bằng không. Hãy xác

định:

a) Lương nước tách ra khỏi dung dịch?

b) Diện tích truyền nhiệt của thiết bị?

Giải

Mà Gđ= 3500 kg/h D= 850 kg/h

Xđ = 18% khối lượng Xc = 46% khối lượng

tstb =1050C K=370 w/ m2.độ

Qtt= 0

Từ áp suất hơi đốt tra trong bảng tính chất của hơi nước bão hóa ta được:

tD =132,80C rD =518,1 kcal/kg

a) Lương nước tách ra khỏi dung dịch?


−=

c

dd x

x1Gw =3500(1-

46,0

18,0) =2130,4 [kg/h]

b) Tính diện tích truyền nhiệt của thiết bị?

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị cô đặc ta có :

Q=Dr=KF∆ttb

∆ttb = tD -tstb =132,8-105 =27,80C

39

⇒F =tbtK

rD

∆..

=8,27.86,0.370

1,518.850= 49,78 [m2 ]

Bài tập 3-5: một thiết bị cô đặc có áp suất tuyệt đối trong phòng bốc là 0,5at . Biết lượng nước lạnh đưa vào thiết bị ngưng tụ bazômét là 35m3/h. nước vào nhiệt độ 200C và đi ra có nhiệt độ 400C. Dung dịch NaOH có nồng độ đầu 15% . Khối lượng sau khi cô đặc nồng độ tăng lên 35% khôí lượng. Xác định năng suất thiết bị cô đặc

GIẢI

Theo phương trình cân bằng vật chất của quá trình cô đặc ta có

mà w là lượng hơi thứ bay hơi trong thiết bị cô đặc đi sang thiết bị ngưng tụ bazômét

theo phương trình cân bằng nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ ta có

wi+Gn Cn tđ=wCntc+GnCntc

Cn : nhiệt dung riêng của hơi nước Cn=4186 J/Kg độ

i :hàm nhiệt của hơi thứ ở 0,5 at tra theo tính chất của hơi nước bão hoà bảng 7 ta có :

i=2642.103 J/Kg

( ) ( )

0,32894186.4032642.10

2040.41863600

35000

tCittCG

wcn

dcnn =−

−=

−−

= [kg/s]

=1184 [kg/h]

Mà ⇒

−=

c

dd

x

xGw 1

1,350,151

1184

x

x1

wG

c

dd

−−=

−

=

40

Thay vào phương trình trên ta có

Gđ=1332 [Kg/h]

Bài tập 3-6: Một thiết bị cô đặc dung dịch với năng suất 1,5 tấn/h. Nồng độ dung dịch tăng từ 20% lên 45% khối lượng. Cô đặc ở áp suất khí quyển. Hơi đốt đưa vào thiết bị có áp suất dư là 7at độ Nm 5%. Trong phòng đốt có 60 ống truyền nhiệt, đường kính ống Φ80×2 mm và chiều dài mỗi ống 4 m. Dung dịch vào có nhiệt độ 250C và sản phNm ra có nhiệt độ là 900C. nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch 850C, nhiệt dung riêng trung bình của dung dịch là 0,75 Kcal/Kg độ .Xác định :

a)Lượng hơi đốt sử dụng

b)Hệ số truyền nhiệt của thiết bị

GIẢI

a)Lượng hơi đốt sử dụng

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt lượng

Q=D.r(1-ϕ)=GđCđ (tc-tđ)+w (i-Cntc)

ϕ : là độ Nm của hơi nước bão hòa

ϕ=5%=0,05

-r:Nn nhiệt hóa

tra các thông số của hơi nước bão hòa ở áp suất tuyệt đối 8 at. trong bảng 7 giáo trình cho học viên ta có:

ta có Nn nhiệt: r =490,9 (Kcal/Kg)

tD là nhiệt độ hơi đốt ở 8 at :tD=169,60C

i: là hàm nhiệt của hơi thứ ở 1at ,

i=539,9 (Kcal/Kg)

mà w =

w=833,3 (Kg/h)

( ) ( )0,05)r-(1

tCiwtt.cGD

cndcdd−+−

=

−=−

0,450,211500

xx

1Gc

dd

41

( ) (

0,95.490,91.90539,9833,325901500.0,75D −+−=

D=960,7 (Kg/h)

Q =D(1-0,05)r=960,7(1-0,05)490,9 =477221,07 [kcal/h]

b)Xác định hệ số truyền nhiệt của thiết bị

Q=KF∆t.tb

K= tb

tF.Q∆

F=2πRtb.L.n

0,039m39mm2

280Rtb

==−=

F=2.3,14.0,039.4.60=58,78m2

tD=const=169,90C

ts tb=850C

K=9,84.78,58

07,477221=95,62 [kcal/m2h.độ ].

Bài tập 3-7 Một thiết bị cô đặc 1 nồi làm việc liên tục dùng cô đặc dung dịch NaNO3 từ nồng độ 40% đến 12% khối lượng và năng suất theo vật liệu vào 5000 Kg/h. dung dịch có nhiệt dung riêng 0,88 Kcal/Kg độ. Dung dịch vào có nhiệt độ 340C và nhiệt độ dung dịch ra là 730C, nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch là 700C. hơi đốt vào thiết bị có áp suất 4at, nhiệt độ 1430C và Nn nhiệt r=511,1 Kcal/Kg. Thiết bị làm việc ở áp suất chân không với áp suất tuyệt đối là 0,2 at hàm nhiệt hơi thứ I=2609KJ/Kg. Cho nhiệt tổn thất Qtt=1500Kcal/h, diện tích truyền nhiệt F=50m2

Tính:

a)Lượng hơi thứ bay lên



Giải

42 a)Lượng hơi thứ bay lên

−=

c

dd x

x1Gw

3500[kg/h]401215000w =−=


Q=Dr=Gđ Cđ(tc-tđ)+w(i-Cntc)+Qtt

Q=5000.0,88(73-34)+3500(623-1.73)+1500

Q=2098100 (Kcal/h)

[kg/h] 4105511,1

2098100rQD ===

c)T ính hệ số truyền nhiệt thiết bị

F∆tQK

tb

=

∆ttb =tđ - tStb

∆ttb=143-70=730C

574,850.73

2098100K == [kcal/m2h.độ ]

Bài tập 3-8: Dung dịch xút nhập liệu vào thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất chân không với độ chân không bằng 0,6 at, nhiệt lượng riêng của hơi thứ là 629,2 kcal/kg. Với năng suất theo nhập liệu là.2500 kg/h dung dịch NaOH, nồng độ từ 8% lên 35% khối lượng.hơi đốt là hơi nước bão hoà có áp suất tuyệt đối là 2 at, nhiệt độ của hơi đốt là 119,6oC. Biết rằng nhiệt độ của nhập liệu và sản phNm là 250C và 850C. Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt là 2208 kj/kg, dung riêng của dung dịch đầu là 3,2 kJ/kg.độ. tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh là 120 kcal/h, và hệ số truyền nhiệt K = 220 kcal/m2h.độ, nhiệt sôi trung bình của dung dịch trong thiết bị bằng 80oC.

Tính:

a) Tính lượng hơi thứ tách ra khỏi dung dịch?

43 b) Tính lượng hơi đốt cần thiết ?

c) Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt?

Đs : a) w = 1928,5 kg/h , b) D =2207,2 kg/h , c) F = 133,64 m2

1 chương 1. truyền nhiệts1.downloadmienphi.net/file/downloadfile8/195/1329322.pdf · 2 câu...

Documents