Đang tải... (xem toàn văn)
Đề thi cuối kỳ học kỳ 2 môn Các QT&TB Truyền Nhiệt trong CNTP (năm học 2015) mã đề 01 của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Đề thi gồm có 2 trang với 4 câu hỏi tự luận có kèm đáp án. Mời các bạn cùng tìm hiểu và tham khảo nội dung thông tin tài liệu.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CNHH&TP BỘ MƠN CNTP - ĐỀ THI CUỐI KỲ HỌC KỲ NĂM HỌC 2015 Môn: Các QT&TB Truyền Nhiệt CNTP Mã môn học: FEGS333350_01 Đề số/Mã đề: 01; Đề thi có 02… trang Thời gian: 90 phút Sinh viên sử dụng tài liệu, internet, điện thoại di động, máy ảnh, tất loại thiết bị truyền thông, …v.v Câu 1: (2,5 điểm) Một thiết bị ngưng tụ (TBNT) khí NH3 có nhiệt độ 700C áp suất P = 12bar (điều kiện ngưng tụ đẳng áp) làm mát nước Biết: nhiệt độ nước vào khỏi TBNT biến thiên từ 200C đến 250C, lưu lượng nước vào làm mát Gn = 1200kg/h; nhiệt dung riêng nước cn = 4,12975 + 0,0025.T kJ/(kg.K), với T(0C) - nhiệt độ nước; hệ số truyền nhiệt TBNT K = 148,5 W/(m2.K) Hãy xác định: a Lưu lượng NH3 (mNH3, kg/h) tuần hoàn qua thiết bị b Diện tích trao đổi nhiệt TBNT? c Nếu thời gian 6h lượng NH3 ngưng tụ bao nhiêu? Câu 2: (2,5 điểm) Một thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm ngược dòng dùng để làm lạnh rượu Êtylic (C2H5OH) có nồng độ 75% mơi trường làm lạnh nước (H2O) Êtylíc ống, nước ngồi ống - Êtylic 75%: có lưu lượng tuần hồn qua thiết bị làm lạnh G’1 = 1800 kg/h, nhiệt dung riêng C2H5OH nguyên chất c’C2H5OH = 3,6833 kJ/(kg.K), nhiệt độ ban đầu Êtylic vào thiết bị t’1 = 780C sau làm lạnh khỏi thiết bị t’2 = 300C (theo yêu cầu cơng nghệ) - Nước : có nhiệt độ ban đầu vào thiết bị t2 = 200C, nhiệt độ khỏi thiết bị t1(0C), lưu lượng tuần hoàn qua thiết bị G1 (kg/h) - Thiết bị : có diện tích trao đổi nhiệt F = 24m2, có hệ số truyền nhiệt tổng K = 148,9 W/(m K) a Vẽ sơ đồ mô tả thiết bị đồ thị biến thiên nhiệt độ theo diện tích trao đổi nhiệt thiết bị Thiết lập tất phương trình để tính tốn cần nhiệt cho thiết bị b Tính gần G1 t1 W, h2 Câu 3: (2,5 điểm) Thiết bị cô đặc nồi đặc nước ép trái (xem hình 1) phân xưởng sản xuất với công suất Gd, Cd, td, xd nhỏ Anh (chị) giải vấn đề sau đây: a Thiết lập phương trình cân vật chất, cần nhiệt cho hệ thống cô đặc D, h1 Qtt Qc b Xác định lượng đốt (hơi nước trạng thái bão hòa khơ có nhiệt độ θ = thnbh = 1120C) tiêu tốn D, C,θ q trình đặc D (kg/s), lượng sản phẩm thu Gc, Cc, tc, xc Gc (kg/h), diện tích trao đổi nhiệt thiết bị F (m2) Biết: suất thiết bị Gd = 1000 (kg/h), nồng Hình Sơ đồ thiết bị cô đặc nồi độ nước ép trái trước sau cô đặc: xd = 30%, xc = 70%; nhiệt độ cô đặc: td = tc = ts = 900C; Qtt = 0,5kW; Qc = 0,8kW; ẩn nhiệt ngưng tụ nước bão hòa r = 522 + 0,0267.T kCal/kg, với T(0C) – nhiệt độ bão hòa; entalpy thứ bay h2 = 2844,52 kJ/kg; hệ số truyền nhiệt thiết bị K = 126 W/(m2.K), độ chênh lệch nhiệt độ: ∆t = (thnbh – tc) – (∆’ + ∆’’ + ∆’’’) = (thnbh – tc) – Σ∆, với: Σ∆ = (2 ÷ 3)0C Câu 4: (2,5 điểm) 1Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang: 1/1 Một kho lạnh bảo quản sản phẩm lạnh đơng, có phụ tải lạnh Q0 = 35kW, nhiệt độ yêu cầu buồng lạnh cần phải trì tbl = (-20 ÷ -24)0C, nhiệt độ môi trường làm mát cho thiết bị ngưng tụ tmt = 350C, hệ thống lạnh chạy cho kho lạnh sử dụng môi chất lạnh R502 a Hãy xây dựng đồ thị nhiệt động P – h; T – S chu trình lạnh kho lạnh b Tính công máy nén lạnh, nhiệt thải thiết bị ngưng tụ, hệ số làm lạnh chu trình hiệu suất sử dụng lượng, công suất động lắp đặt cho máy nén Ghi chú: Cán coi thi khơng giải thích đề thi Chuẩn đầu học phần (về kiến thức) [CĐR 1.1; 1.2; 1.3]: Kiến thức lập luận kỹ thuật [CĐR 2.1; 2.2]: Khả phân tích, giải thích lập luận giải vấn đề kỹ thuật truyền nhiệt CNTP; Kỹ tính tốn thiết kế hệ thống truyền nhiệt ứng dụng công nghệ thực phẩm [CĐR 3.3]: Kỹ đọc hiểu tài liệu kỹ thuật tiếng Anh [CĐR 4.3; 4.4; 4.5; 4.6]: có khả thiết kế, triển khai vận hành [CĐR 1.1; 1.2; 1.3]: Kiến thức lập luận kỹ thuật [CĐR 2.1; 2.2]: Khả phân tích, giải thích lập luận giải vấn đề kỹ thuật truyền nhiệt CNTP; Kỹ tính tốn thiết kế hệ thống truyền nhiệt ứng dụng công nghệ thực phẩm [CĐR 3.3]: Kỹ đọc hiểu tài liệu kỹ thuật tiếng Anh [CĐR 4.3; 4.4; 4.5; 4.6]: có khả thiết kế, triển khai vận hành [CĐR 2.1]: Khả phân tích, giải thích lập luận giải vấn đề [CĐR 2.1; 2.2]: Khả phân tích, giải thích lập luận giải vấn đề kỹ thuật truyền nhiệt CNTP; Kỹ tính toán thiết kế hệ thống truyền nhiệt ứng dụng công nghệ thực phẩm [CĐR 3.3]: Kỹ đọc hiểu tài liệu kỹ thuật tiếng Anh [CĐR 2.1]: Khả phân tích, giải thích lập luận giải vấn đề [CĐR 2.1; 2.2]: Khả phân tích, giải thích lập luận giải vấn đề kỹ thuật truyền nhiệt CNTP; Kỹ tính tốn thiết kế hệ thống truyền nhiệt ứng dụng công nghệ thực phẩm [CĐR 3.3]: Kỹ đọc hiểu tài liệu kỹ thuật tiếng Anh Nội dung kiểm tra Câu Câu Câu Câu Ngày 28 tháng 05 năm 2015 Thông qua môn (ký ghi rõ họ tên) 2Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang: 2/1 ĐÁP ÁN ĐỀ Câu 1: (2.5 điểm) Một thiết bị ngưng tụ (TBNT) khí NH3 có nhiệt độ 700C áp suất P = 12bar (điều kiện ngưng tụ đẳng áp) làm mát nước Biết: nhiệt độ nước vào khỏi TBNT biến thiên từ 200C đến 250C, lưu lượng nước vào làm mát Gn = 1200kg/h; nhiệt dung riêng nước cn = 4,12975 + 0,0025.T kJ/(kg.K), với T(0C) - nhiệt độ nước; hệ số truyền nhiệt TBNT K = 148,5 W/(m2.K) Hãy xác định: d Lưu lượng NH3 (mNH3, kg/h) tuần hoàn qua thiết bị e Diện tích trao đổi nhiệt TBNT? f Nếu thời gian 6h lượng NH3 ngưng tụ bao nhiêu? Giải +) Từ điều kiện t1 = 700C (hơi nhiệt) ngưng tự áp suất P = 12bar, tra bảng tìm h1, h2, h3 tk (12: trình làm nguội; 23: trình ngưng tụ) +) Mấu chốt tính giá trị trung bình nhiệt dung riêng nước từ Tv = 200C đến Tr = 250C, khơng tính xem lời giải câu sau sai hết cn = Tr − Tv Tr ∫ ( 4,12975 + 0, 0025.T )dT Tv Phương trình cân lượng: Với: Q = Gn.cn.(tr – tv) = GNH3.(h1 – h3) = Q1 + Q2 Q1 = Gn.cn.(tx – tv) = GNH3.(h1 – h2): nhiệt thải trình 12, tìm tx Q2 = Gn.cn.(ty – tx) = GNH3.(h2 – h3): nhiệt thải trình 23, tìm ty G NH3 = Vậy lưu lượng NH3 qua thiết bị: Trường hợp xi dòng: ∆t tb1 = tk − tx tk − ty ( t1 − t r ) − ( t k − t x ) ; ln ∆t tb2 = t1 − t v tk − tx ( tk − tx ) − ( tk − ty ) ln Trường hợp ngược dòng: ∆t tb1 = h1 − h ( t1 − t v ) − ( t k − t x ) ; ln ∆t tb2 = G n cn ( t r − t v ) t1 − t r tk − tx ( tk − tx ) − ( tk − ty ) ln tk − tx tk − ty kg/h F1 = ; F2 = F1 = ; F2 = Q1 m2 K.∆t tb1 Q1 m2 K.∆t tb2 Q1 m2 K.∆t tb1 Q1 m2 K.∆t tb2 Diện tích trao đổi nhiệt: F = F1 + F2 (m2) Lượng NH3 ngưng tụ: MNH3 = GNH3.τ Câu 2: (2,5 điểm) 3Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang: 3/1 Một thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm ngược dòng dùng để làm lạnh rượu Êtylic (C2H5OH) có nồng độ 75% mơi trường làm lạnh nước (H2O) Êtylíc ống, nước ngồi ống - Êtylic 75%: có lưu lượng tuần hồn qua thiết bị làm lạnh G’1 = 1800 kg/h, nhiệt dung riêng C2H5OH nguyên chất c’C2H5OH = 3,6833 kJ/(kg.K), nhiệt độ ban đầu Êtylic vào thiết bị t’1 = 780C sau làm lạnh khỏi thiết bị t’2 = 300C (theo yêu cầu cơng nghệ) - Nước : có nhiệt độ ban đầu vào thiết bị t2 = 200C, nhiệt độ khỏi thiết bị t1(0C), lưu lượng tuần hoàn qua thiết bị G1 (kg/h) - Thiết bị : có diện tích trao đổi nhiệt F = 24m2, có hệ số truyền nhiệt tổng K = 148,9 W/(m K) c Vẽ sơ đồ mô tả thiết bị đồ thị biến thiên nhiệt độ theo diện tích trao đổi nhiệt thiết bị Thiết lập tất phương trình để tính tốn cần nhiệt cho thiết bị d Tính gần G1 t1 Giải Mấu chốt tính giá trị trung bình nhiệt dung riêng hỗn hợp rượu có nồng độ 75%, khơng tính xem lời giải câu sau sai hết Nhiệt dung riêng cp1 hỗn hợp rượu êtylic – nước có nồng độ 75% xác định sau: cp1 = c 'C2H5OH X + c H2O (1 − X ) Với: cH2O = 4,186 kJ/(kg.K); X = 75% = 0,75 Sau tính xong tiến hành làm bước sau: 1) Vẽ sơ đồ mô tả thiết bị đồ thị biến thiên nhiệt độ theo diện tích trao đổi nhiệt thiết bị Thiết lập tất phương trình để tính tốn cần nhiệt cho thiết bị (như mơ tả sách) 2) Tính gần G1 t1 Phương trình cân lượng: Q = G1.cp1.(t1 – t2) = G2.cp2.(t2’ – t1’) = K.F.∆ttb Trường hợp ngược dòng: G1.cp1 ( t1 – t ) ( t1 − t ') − ( t − t1 ') = ∆t tb = t −t ' K.F ln t − t1 ' giải hệ phương trình tìm t2’ G2 G c ( t – t ) G ( t 2’ – t1’) = p1 cp2 Trường hợp xi dòng: G1.cp1 ( t1 – t ) ( t1 − t1 ') − ( t − t ') = ∆t tb = t −t ' K.F ln 1 t2 − t2 ' giải hệ phương trình tìm t2’ G2 G c ( t – t ) G ( t 2’ – t1’) = p1 cp2 Việc tính tốn khơng bàn, tính sai khơng có điểm Câu 3: (2,5 điểm) Thiết bị cô đặc nồi cô đặc nước ép trái (xem hình 1) phân xưởng sản xuất với công suất nhỏ Anh (chị) giải vấn đề sau đây: c Thiết lập phương trình cân vật chất, cần nhiệt cho hệ thống cô đặc 4Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang: 4/1 d Xác định lượng đốt (hơi nước trạng W, h2 thái bão hòa khơ có nhiệt độ θ = thnbh = 1120C) tiêu tốn q trình đặc D (kg/s), lượng sản phẩm thu Gc (kg/h), diện tích trao đổi nhiệt thiết bị F Qtt (m2) Biết: suất thiết bị Gd = 1000 (kg/h), nồng độ Gd, Cd, td, xd Qc nước ép trái trước sau cô đặc: xd = 30%, xc = D, h1 70%; nhiệt độ cô đặc: td = tc = ts = 90 C; Qtt = 0,5kW; Qc = 0,8kW; ẩn nhiệt ngưng tụ nước bão hòa r = 522 + 0,0267.T kCal/kg, với T(0C) – nhiệt độ bão hòa; entalpy thứ bay h2 = 2844,52 kJ/kg; hệ số D, C,θ truyền nhiệt thiết bị K = 126 W/(m2.K), độ chênh G , C , t , x c c c c lệch nhiệt độ: ∆t = (thnbh – tc) – (∆’ + ∆’’ + ∆’’’) = (thnbh – tc) – Σ∆, với: Σ∆ = (2 ÷ 3)0C Hình Sơ đồ thiết bị cô đặc nồi Giải Mấu chốt tính giá trị ẩn nhiệt ngưng tụ nước bão hòa, khơng tính xem lời giải câu sau sai hết Ở nhiệt độ T = 1120C ẩn nhiệt ngưng tụ xác định sau: r = 522 + 0,0267.T = 522 + 0,0267.(112) = 525 kCal/kg = 2197,61 kJ/kg Sau tiến hành tính theo bước sau: +) Lượng sản phẩm: Gc = Gd.xd/xc ⇒ W = Gd – Gc kg/h +) Lượng đốt cần thiết: D= W ( h − cn t c ) + Qs + Q c kg/s r +) Chọn Σ∆ = (2 ÷ 3)0C = 30C; ∆t = (thnbh – tc) – (∆’ + ∆’’ + ∆’’’) = (thnbh – tc) – Σ∆ Q D.r +) Diện tích trao đổi nhiệt: F = = K.∆t K.∆t Câu 4: (2,5 điểm) Một kho lạnh bảo quản sản phẩm lạnh đơng, có phụ tải lạnh Q0 = 35kW, nhiệt độ yêu cầu buồng lạnh cần phải trì tbl = (-20 ÷ -24)0C, nhiệt độ mơi trường làm mát cho thiết bị ngưng tụ tmt = 350C, hệ thống lạnh chạy cho kho lạnh sử dụng môi chất lạnh R502 c Hãy xây dựng đồ thị nhiệt động P – h; T – S chu trình lạnh kho lạnh d Tính cơng máy nén lạnh, nhiệt thải thiết bị ngưng tụ, hệ số làm lạnh chu trình hiệu suất sử dụng lượng, công suất động lắp đặt cho máy nén Giải: Giải tư tượng giải tập mẫu mà Thầy giải cho bạn lớp Tuy nhiên, kết sai kỹ hiểu biết cách tra cứu đồ thị nhiệt động môi chất lạnh R502 Bước 1: Xây dựng đồ thị nhiệt động lgP – h; T – S chu trình lạnh kho lạnh + Chọn nhiệt độ bay hơi: t0 = tbl - ∆t = -22 – = -250C, tra bảng hay đồ R502 tìm P0 + Chọn nhiệt độ ngưng tụ: tk = tmt + ∆t = 35 + = 380C, tra bảng hay đồ R502 tìm Pk + Kiểm tra tỉ số nén: β = Pk/P0 < nên sử dụng hệ thống lạnh cấp nén với chu trình khơ + Tra bảng xác định thông số trạng thái: (1), (2), (3), (4) đồ thị P – h, T – S sau: 5Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang: 5/1 lg P T TK T0 (3) ( 2) qK (2' ) (1' ) ( 4' ) ( 4) q0 x=0 S3 S (3) PK S ' S1 = S ( 4) x=0 x =1 ( 2' ) ( 2) T0 P0 (1) TK S h3 = h4 (1) x =1 h1 h2 h Tính cơng máy nén lạnh, nhiệt thải thiết bị ngưng tụ, hệ số làm lạnh chu trình hiệu suất sử dụng lượng, công suất động lắp đặt cho máy nén Bước 2: Xác đònh lưu lượng môi chất lạnh tuần hoàn qua hệ thống m tt = Q0mn Q0mn = , kg/s q0 h1 − h Trong đó: (1) - trạng thái môi chất lạnh sau khỏi thiết bị bay hơi; (4) - traïng thái môi chất sau qua van tiết lưu đưa vào thiết bị bay (dàn lạnh); mtt (kg/s) – lưu lượng thực tế mơi chất lạnh tuần hồn qua máy nén Bước 3: Thể tích hút thực tế Xylanh máy nén Vtt (m3/s) Vtt = mtt v1, m3/s Trong đó: v1 (m3/kg) - thể tích riêng môi chất lạnh trạng thái (1) bắt đầu vào máy nén Bước 4: Năng suất hút máy nén λmn λmn = λi.λw’ Trong đó: λmn - suất hút máy nén; λi - hệ số thò thể tích; λw’ - hệ số tổn thất tăng nhiệt độ Với: P + ∆P 1/n P − ∆P P0 − ∆P0 0 K λi = − C K − P0 P0 P0 Trong đó: C = (0,03 ÷ 0,05) - hệ số không gian có hại; ∆Pk = (0,039 ÷ 0,059) kg/cm2 tổn thất áp suất phần cao áp; ∆P0 = (0,039 ÷ 0,059) kg/cm2 - tổn thất áp suất phần thấp áp; n = (0,95 ÷ 1,25) - số mũ đa biến hay đoạn nhiệt T t + 273,15 Với: λW ' = = Tk t k + 273,15 Trong đó: T0 – nhiệt độ bay môi chất lạnh; Tk – nhiệt độ ngưng tụ môi chất lạnh Bước 5: Thể tích hút lý thuyết máy nén Vlt ( m3/s) Vtt = λmn.Vlt ⇒ Vlt =Vtt /λmn Đây sở tính toán chọn máy nén có số xylanh, đường kính piston lắp đặt: 6Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang: 6/1 ĐÁP ÁN ĐỀ Câu 1: (2.5 điểm) Một thiết bị ngưng tụ (TBNT) khí NH3 có nhiệt độ 700C áp suất P = 12bar (điều kiện ngưng tụ đẳng áp) làm mát nước Biết: nhiệt độ nước vào khỏi TBNT biến thiên từ 200C đến 250C, lưu lượng nước vào làm mát Gn = 1200kg/h; nhiệt dung riêng nước cn = 4,12975 + 0,0025.T kJ/(kg.K), với T(0C) - nhiệt độ nước; hệ số truyền nhiệt TBNT K = 148,5 W/(m2.K) Hãy xác định: d Lưu lượng NH3 (mNH3, kg/h) tuần hồn qua thiết bị e Diện tích trao đổi nhiệt TBNT? f Nếu thời gian 6h lượng NH3 ngưng tụ bao nhiêu? Giải +) Từ điều kiện t1 = 700C (hơi nhiệt) ngưng tự áp suất P = 12bar, tra bảng tìm h1, h2, h3 tk (12: trình làm nguội; 23: trình ngưng tụ) +) Mấu chốt tính giá trị trung bình nhiệt dung riêng nước từ Tv = 200C đến Tr = 250C, khơng tính xem lời giải câu sau sai hết cn = Tr − Tv Tr ∫ ( 4,12975 + 0, 0025.T )dT Tv Phương trình cân lượng: Với: Q = Gn.cn.(tr – tv) = GNH3.(h1 – h3) = Q1 + Q2 Q1 = Gn.cn.(tx – tv) = GNH3.(h1 – h2): nhiệt thải trình 12, tìm tx Q2 = Gn.cn.(ty – tx) = GNH3.(h2 – h3): nhiệt thải trình 23, tìm ty G NH3 = Vậy lưu lượng NH3 qua thiết bị: Trường hợp xi dòng: ∆t tb1 = tk − tx tk − ty ( t1 − t r ) − ( t k − t x ) ; ln ∆t tb2 = t1 − t v tk − tx ( tk − tx ) − ( tk − ty ) ln Trường hợp ngược dòng: ∆t tb1 = h1 − h ( t1 − t v ) − ( t k − t x ) ; ln ∆t tb2 = G n cn ( t r − t v ) t1 − t r tk − tx ( tk − tx ) − ( tk − ty ) ln tk − tx tk − ty kg/h F1 = ; F2 = F1 = ; F2 = Q1 m2 K.∆t tb1 Q1 m2 K.∆t tb2 Q1 m2 K.∆t tb1 Q1 m2 K.∆t tb2 Diện tích trao đổi nhiệt: F = F1 + F2 (m2) Lượng NH3 ngưng tụ: MNH3 = GNH3.τ Câu 2: (2,5 điểm) 3Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Trang: 3/1 ... hành [CĐR 1.1; 1 .2; 1.3]: Kiến thức lập luận kỹ thuật [CĐR 2. 1; 2. 2]: Khả phân tích, giải thích lập luận giải vấn đề kỹ thuật truyền nhiệt CNTP; Kỹ tính tốn thi t kế hệ thống truyền nhiệt ứng dụng... thi khơng giải thích đề thi Chuẩn đầu học phần (về kiến thức) [CĐR 1.1; 1 .2; 1.3]: Kiến thức lập luận kỹ thuật [CĐR 2. 1; 2. 2]: Khả phân tích, giải thích lập luận giải vấn đề kỹ thuật truyền nhiệt. .. giải vấn đề [CĐR 2. 1; 2. 2]: Khả phân tích, giải thích lập luận giải vấn đề kỹ thuật truyền nhiệt CNTP; Kỹ tính tốn thi t kế hệ thống truyền nhiệt ứng dụng công nghệ thực phẩm [CĐR 3.3]: Kỹ đọc