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