Click here to load reader
View
134
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ปฏิ�บั�ติ�การที่�� 7 เคร��องแลกเปล��ยนความร�อน (Heat Exchanger)
ว�ติถุ�ประสงค� 1. เพื่��อศึ�กษาหลั กการทำ�างานของเคร��องแลักเปลั��ยนความร�อน
แบบทำ�อ 2 ชั้ น เม��อเป!นการไหลัแบบทำางเดี�ยวก น (co-current flow)
แลัะไหลัสวนทำางก น (countercurrent flow)
2. เพื่��อศึ�กษาผลัของอ ตราการไหลัของของไหลัร�อนต�อการทำ�างานของเคร��องแลักเปลั��ยนความร�อน
ที่ฤษฎี�เคร��องแลักเปลั��ยนความร�อนแบบทำ�อ 2 ชั้ น ม�ทำ�อแลักเปลั��ยนความ
ร�อนเป!นร(ปต ว U ผ)วดี�านนอกเป!นฉนวนก นความร�อน ทำ�อดี�านในเป!นทำ�อของของไหลัร�อน ทำ�อดี�านนอกเป!นทำ�อส�าหร บของไหลัเย,น ม� control
valve เป!นต วก�าหนดีทำ)ศึทำางการไหลัของของไหลั flow meter
ส�าหร บว ดีอ ตราการไหลัแลัะเทำอร-โมม)เตอร-ส�าหร บว ดีอ/ณหภู(ม)ทำ ง
ของไหลัร�อนแลัะของไหลัเย,น ม�ลั กษณะการถ่�ายเทำความร�อนเป!นดี งร(ป 1
A: ลั กษณะการไหลัของของเหลัว
45
B : ทำ)ศึทำางการถ่�ายเทำความร�อนของของเหลัวร(ปทำ�� 1 ทำ)ศึทำางการไหลัของของไหลัแลัะลั กษณะการกระจายความ
ร�อนภูายในเคร��องแลักเปลั��ยน ความร�อนร(ปทำ�� 1A เป!นร(ปทำ��แสดีงการไหลัของของเหลัวร�อนแลัะของเหลัวเย,น
โดียของเหลัวร�อนจะไหลัภูายในทำ�อเลั,กข�างใน ส�วนของเหลัวเย,นจะไหลัภูายในทำ�อภูายนอกของซึ่��งเหลัวทำ งสองจะม�ทำ)ศึทำางการไหลัทำ��สวนทำางก นทำ งน� เพื่��อให�อ ตราการถ่�ายเทำความร�อนสม��าเสมอ
ส�าหร บร(ปทำ�� 1B เป!นร(ปทำ��แสดีงทำ)ศึทำางการถ่�ายเทำความร�อนของของเหลัวร�อน จากร(ปความร�อนจะถ่�ายเทำจากภูายในผ�านผน งทำ�อดี�านในโดียว)ธี�การน�าความร�อน แลัะถ่�ายเทำต�อให�ของเหลัวเย,นโดียว)ธี�การพื่าความร�อน จากน นก,ถ่�ายเทำโดียว)ธี�การน�าไปย งผน งทำ�อภูายนอกแลัะฉนวนตามลั�าดี บ
ส�าหร บน� าร�อนทำ��ใชั้�ในการทำดีลัองจะม�ถ่ งเก,บอย(�ทำางดี�านหลั งของต วเคร��อง ประกอบดี�วยต วถ่ งเก,บ heater แลัะเคร��องควบค/มอ/ณหภู(ม) ซึ่��งสามารถ่ควบค/มอ/ณหภู(ม)ให�คงทำ�� 1C การหม/นเว�ยนน� าจากถ่ งเก,บไปย งเคร��องแลักเปลั��ยนใชั้�ป67 ม น� าร�อนทำ��ผ�านระบบมาแลั�วจะหม/นเว�ยนมาส(�ถ่ งเก,บเพื่��อให�ความร�อนอ�กคร ง ส�วนน� าเย,นใชั้�น� าเย,นจากแหลั�งน� าเย,นของห�องปฏิ)บ ต)การ ลั กษณะแลัะส�วนประกอบของเคร��องแสดีงดี งร(ปทำ�� 2 แลัะ 3
46
ร(ปทำ�� 2 ส�วนประกอบของเคร��องแลัก
เปลั��ยนความร�อน (ดี�านหลั ง)
47
ร(ปทำ�� 3 ส�วนประกอบของเคร��องแลักเปลั��ยนความร�อน (ดี�านหน�า)
48
เคร��องแลักเปลั��ยนความร�อนเป!นของบร)ษ ทำ Armfield ร/ �น HT4 รายลัะเอ�ยดีส�วนประกอบของเคร��องม� ดี งน�
(1) ถ่ งเก,บน� า (ส�าหร บน� าร�อน)(2) heater(3) แผ�นก นในถ่ งเก,บน� า(4) sensor ของอ/ณหภู(ม)น� าร�อน(5) ทำางออกจากถ่ งน� าร�อน(6) ป67 มน� า(7) ฝาป:ดีถ่ งเก,บน� า(8) -(9) ต วควบค/มอ/ณหภู(ม) (10) เทำอร-โมม)เตอร- แสดีงอ/ณหภู(ม)น� าร�อนทำ��จ/ดีก��งกลัาง
ของวงจร(11) air bleed valve ม� 2 อ นส�าหร บน� าร�อนแลัะน� า
เย,น(12) เทำอร-โมม)เตอร- แสดีงอ/ณหภู(ม)น� าเย,นทำ��จ/ดีก��งกลัาง
ของวงจร(13) ทำ�อ 2 ชั้ นส�าหร บแลักเปลั��ยนความร�อน(14) เทำอร-โมม)เตอร-ส�าหร บแสดีงอ/ณหภู(ม)น� าเย,น(ม� 2 อ น)
(15) เทำอร-โมม)เตอร- แสดีงอ/ณหภู(ม)น� าร�อนเข�าเคร��องแลักเปลั��ยนความร�อน
(16) selector valve ส�าหร บปร บทำ)ศึทำางการไหลัให�เป!นการไหลัแบบทำางเดี�ยวก น หร�อสวนทำางก น
(17) เทำอร-โมม)เตอร- แสดีงอ/ณหภู(ม)น� าร�อนออกจากเคร��องแลักเปลั��ยนความร�อน
(18) control valve ของน� าร�อน(19) flow meter ของน� าร�อน(20) control valve ของน� าเย,น
49
(21) ทำางเข�าของน� าเย,น (22) ทำางออกของน� าเย,น(23) flow meter ของน� าเย,น(24) drain valve ของถ่ งเก,บน� า(25) drain tap ทำ��ทำางออกของป67 ม(26) drain tap ใต� control valve ของน� าเย,น(27) main isolator(28) RCCD(29) แลัะ (30) beaker
ว�สดุ�อ�ปกรณ์�เคร��องแลักเปลั��ยนความร�อนแบบทำ�อ 2 ชั้ น (concentric
tube heat exchanger,HT4)การค$านวณ์
Heat transfer rate , UA Tm
(1)Heat power emitted = QHHCPH( THin - THout )
(2)Heat power absorbed = QCCCPC( TCin - TCout )
(3)Heat power lost = heat power emitted -
heat power absorbed (4)
Efficiency , = 100
(5)Log mean temperature difference Tm =
(6)
Overall heat transfer coefficient U =
(7)
เม��อ ค�อ อ ตราการถ่�ายเทำความร�อน (W)
50
A ค�อ พื่� นทำ��ผ)วของทำ�อทำ��ความร�อนถ่�ายเทำ (m2)
U ค�อ ส มประส)ทำธี)การถ่�ายเทำความร�อน (W/m2 oC)
QH ค�อ อ ตราการไหลัของของเหลัวร�อน (m3/s)
H ค�อ ความหนาแน�นของของเหลัวร�อน (kg/m3)
CpH ค�อ ความจ/ความร�อนจ�าเพื่าะของของเหลัวร�อน (J/kgoC)
THin ค�อ อ/ณหภู(ม)ของเหลัวร�อนขาเข�า (oC)
THout ค�อ อ/ณหภู(ม)ของเหลัวร�อนขาออก (oC)
QC ค�อ อ ตราการไหลัของของเหลัวเย,น (m3/s)
C ค�อ ความหนาแน�นของของเหลัวเย,น (kg/m3)
CPC ค�อ ความจ/ความร�อนจ�าเพื่าะของของเหลัวเย,น (J/kgoC)
TCin ค�อ อ/ณหภู(ม)ของเหลัวเย,นขาเข�า (oC)
TCout ค�อ อ/ณหภู(ม)ของเหลัวเย,นขาออก (oC)
Tm ค�อ Log mean temperature difference(oC)
T1 ค�อ อ/ณหภู(ม)ของเหลัวร�อนขาเข�า-อ/ณหภู(ม)ของเหลัวเย,นขาเข�า (oC)
T2 ค�อ อ/ณหภู(ม)ของเหลัวร�อนขาออก-อ/ณหภู(ม)ของเหลัวเย,นขาออก (oC)
ว�ธี�ที่ดุลอง1. การติ�ดุติ�&งระบับัที่$างานของเคร��องแลกเปล��ยนความร�อน
1. ต�อทำ�อน� าเย,นเข�าก บแหลั�งน� าเย,น แลัะต�อทำ�อน� า(น� าเย,นออก)ทำ) ง2. ตรวจสอบว�า Service valve ของป67 มน� าเป:ดีอย(� (slot ขนาน
ก บทำ�อ)
3. ป:ดี drain valve (24) drain tap(25) แลัะ drain tap (26)
4. ป:ดี air bleed valve (11)
5. เป:ดีฝา (7) เต)มน� าสะอาดีลังในถ่ งเก,บน� า6. ป:ดี control valve (18) ของระบบน� าร�อน
51
7. ตรวจสอบว�า selector switch ทำ��มอเตอร-ของป67 มน� า (6) อย(�ทำ�� " maximum"
8. ตรวจระบบไฟ เป:ดีสว)ตซึ่- RCCD (28) ทำ��ดี�านหลั งเคร��อง กดีป/<ม TEST เพื่��อทำดีสอบว�า RCCD ทำ�างานตามปกต)หร�อไม� ถ่�าไม� ให�เร�ยกชั้�างไฟฟ=ามาตรวจเส�ยก�อน ถ่�าทำ�างานปกต) เป:ดีสว)ตซึ่- RCCD
9. เป:ดีสว)ตซึ่- main isolator(27) แลัะ beaker (29) แลัะ (30)
ตรวจสอบว�าป67 มส(บน� าแลัะต วควบค/มอ/ณหภู(ม)ทำ�างานหร�อไม� 10. กดี set point membrane key แลัะ LOWER key เพื่��อ
ต งค�าอ/ณหภู(ม)ให�ส(งกว�าอ/ณหภู(ม)ห�อง(เพื่��อให� heater ทำ�างาน)
11. เป:ดี control valve (18) แลัะ vent valve(11) ของระบบน� าร�อน ( air bleed valve ต วบนส/ดี) เป:ดี-ป:ดี control
valve (18) จนน� าเข�าระบบ ป:ดี vent valve (11) ทำ นทำ�ทำ��น� าออก
12. ถ่�าป67 มน� าไม�ส(บน� า ให�ต�อสายยางเข�าก บ drain tap (25) ทำ��ทำางออกของป67 ม ปลัายข�างหน��งของสายยางให�จ/�มในน� าในถ่ งน� า(1)
ขณะทำ��ป67 มทำ�างาน เป:ดี drain valve จนป67 มส(บน� า แลั�วจ�งป:ดี drain valve แลัะเอาทำ�อออก
13. ตรวจดี(ว�าน� าในถ่ ง (1) เพื่�ยงพื่อ ป:ดีฝา (7)
2. การที่ดุลอง ติอนที่�� 1 ศึ)กษาการที่$างานของเคร��อง เม��อเปล��ยนที่�ศึที่างการไหล
1.) การไหลแบับัที่างเดุ�ยวก�น1. ปร บ control valve ของน� าร�อน ให�อ ตราการไหลัทำ�� flow
meter (19) เทำ�าก บ 2000 cc/min
52
2. ต ง selector valve (16) ให�เป!นการไหลัแบบทำางเดี�ยวก น เป:ดีให�น� าไหลัเข�าเคร��องแลักเปลั��ยนความร�อนจนการไหลัอย(�ในสภูาวะคงทำ��
3. ปร บ control valve (20) ของน� าเย,น ให�อ ตราการไหลัทำ�� flow
meter (23) เทำ�าก บ 1000 cc/min
4. ต ง set point ของ temperature controller ให�อย(�ทำ��อ/ณหภู(ม) 60 C โดียกดี set point membrane key แลัะ RAISE key
5. บ นทำ�กอ/ณหภู(ม)ของน� าร�อนแลัะน� าเย,นทำ��ทำางเข�า จ/ดีก��งกลัาง แลัะทำางออกของเคร��องแลักเปลั��ยนความร�อน
6. ค�านวณค�า power emitted(W) , power absorbed (W)
, power loss (W) ,%Efficiency, Tm (C) แลัะค�า U(W/m2C) แลัะเข�ยนกราฟแสดีง temperature profile
2.) การไหลแบับัสวนที่างก�น1. ปร บ control valve ของน� าร�อน ให�อ ตราการไหลัทำ�� flow
meter (19) เทำ�าก บ 2000 cc/min
2. ต ง selector valve (16) ให�เป!นการไหลัแบบสวนทำางก น เป:ดีให�น� าไหลัเข�าเคร��องแลักเปลั��ยนความร�อนจนการไหลัอย(�ในสภูาวะคงทำ��
3. ปร บ control valve (20) ของน� าเย,น ให�อ ตราการไหลัทำ�� flow
meter (23) เทำ�าก บ 1000 cc/min
4. ต ง set point ของ temperature controller ให�อย(�ทำ��อ/ณหภู(ม) 60 C โดียกดี set point membrane key แลัะ RAISE key
5. บ นทำ�กอ/ณหภู(ม)ของน� าร�อนแลัะน� าเย,นทำ��ทำางเข�า จ/ดีก��งกลัาง แลัะทำางออกของเคร��องแลักเปลั��ยนความร�อน
53
6. ค�านวณค�า power emitted(W) , power absorbed (W)
, power loss (W) ,%Efficiency, Tm (C) แลัะค�า U(W/m2 C) แลัะเข�ยนกราฟแสดีง temperature profile
ติอนที่�� 2 ศึ)กษาการที่$างานของเคร��อง เม��อเปล��ยนแปลงอ�ติราการไหล
1. ปร บ control valve ของน� าร�อน ให�อ ตราการไหลัทำ�� flow
meter (19) เทำ�าก บ 1000 cc/min
2. ต ง selector valve (16) ให�เป!นการไหลัแบบทำางเดี�ยวก น เป:ดีให�น� าไหลัเข�าเคร��องแลักเปลั��ยน ความร�อนจนการไหลัอย(�ในสภูาวะคงทำ��
3. ปร บ control valve (20) ของน� าเย,น ให�อ ตราการไหลัทำ�� flow
meter (23) เทำ�าก บ 1000 cc/min
4. ต ง set point ของ temperature controller ให�อย(�ทำ��อ/ณหภู(ม) 60 C โดียกดี set point membrane key แลัะ RAISE key
5. บ นทำ�กอ/ณหภู(ม)ของน� าร�อนแลัะน� าเย,นทำ��ทำางเข�า จ/ดีก��งกลัาง แลัะทำางออกของเคร��องแลักเปลั��ยนความร�อน
6. ทำ�าซึ่� าข�อ 1-5 แต�เปลั��ยนอ ตราการไหลัทำ�� flow meter (19) เป!น 2000 ,3000 ,4000 cc/min ตามลั�าดี บ
7. ค�านวณค�า power emitted(W) , power absorbed (W)
, power loss (W) ,%Efficiency, Tm(C) แลัะค�า U(W/m2C) แลัะเข�ยนกราฟแสดีง temperature profile
8. ต ง selector valve (16) ให�เป!นการไหลัแบบสวนทำางก น ทำ�าซึ่� าจากข�อ 1-7 อ�กคร ง
54
ผลการที่ดุลองติอนที่�� 1 ศึ)กษาการที่$างานของเคร��อง เม��อเปล��ยนแปลงที่�ศึที่างการไหล
1.1 ติารางแสดุงอ�ณ์หภู.ม�ที่��จุ�ดุติ0างๆของเคร��องแลกเปล��ยนความร�อน เม��อเป2นการไหลแบับัที่างเดุ�ยวก�นและแบับัสวนที่างก�น
TH in
(C)TH mid
(C)TH out
(C)TC in ( C)
T Cmid
(C)TC out
(C)การไหลแบับัที่างเดุ�ยวก�นการไหลแบับัสวนที่างก�น
1.2 ติารางแสดุงผลการค$านวณ์Power emitt
edW
Power absorbedW
Power lost W
Efficiency%
Tm
CU
W /m2
C
ไหลแบับัที่างเดุ�ยวก�นไหลแบับัสวนที่าง
55
ก�น
ติอนที่�� 2 ศึ)กษาการที่$างานของเคร��อง เม��อเปล��ยนแปลงอ�ติราการไหล
2.1 ติารางแสดุงอ�ณ์หภู.ม�ที่��จุ�ดุติ0างๆ ของเคร��องแลกเปล��ยนความร�อน เม��อที่$าการเปล��ยนแปลงอ�ติราการไหล
2.1.2 การไหลแบับัที่างเดุ�ยวก�น
อ�ติราการไหล(cc/min)
TH in
(C)TH mid
(C)TH out
(C)TC in ( C)
T Cmid
(C)TC out
(C)
1000200030004000
2.1.2 การไหลแบับัสวนที่างก�นอ�ติราการ
ไหล(cc/min)
TH in
(C)TH mid
(C)TH out
(C)TC in ( C)
T Cmid
(C)TC out
(C)
1000200030004000
2.2 ติารางแสดุงผลการค$านวณ์
56
อ ตราการไหลั
Power
emittedW
Power absorbedW
Power
lost W
Efficiency%
Tm
CU
W /m2 C
การไหลแบับัที่างเดุ�ยวก�น
1000
2000
3000
4000
การไหลแบับัสวนที่างก�น
1000200030004000
ค$าถุาม1. ให�เข�ยนไดีอะแกรมระหว�างอ/ณหภู(ม)ก บระยะทำางทำ��ของเหลัว
เคลั��อนทำ��ภูายในเคร��องแลักเปลั��ยนความร�อนแบบทำ งสองชั้) น ทำ งแบบไหลัทำางเดี�ยวก น แลัะไหลัสวนทำางก น
2. ให�ว)จารณ-ผลัว�าทำ)ศึทำางการไหลัม�ผลัต�ออ ตราการถ่�ายเทำความร�อนอย�างไร
3. อ ตราการไหลัม�ผลัต�อส มประส)ทำธี)-การถ่�ายเทำความร�อนหร�อไม�4. ป6จจ ยทำ��ทำ�าให�ค�า Heat power emitted แลัะ Heat power
absorbed ต�างก น
เอกสารอ�างอ�งและแหล0งว�ที่ยาการArmfield, 1995, Instruction Manual : Concentric Tube
Heat Exchanger(HT4), November 1995, issue 10
57
58