Đề tàichuyên đề thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc ống chùm

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÝ TỰ TRỌNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Khoa Nhiệt- Lạnh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN 1- Tên Đề tài:Chuyên đề Thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc ống chùm 2- Sinh viên thực hiện: Họ tên :1…Nguyễn Huy Hồng…… Mã sớ sinh viên: 19000518 2…Ngũn Như Nhật Tân ………Mã số sinh viên:…19001832 … Lớp: .19T4-LĐL1 Ngành/chuyên ngành: Lắp Đặt Lạnh / Điện Lạnh Khóa: 19T4 3- Giảng viên hướng dẫn: Họ tên: .Đinh Đồng Hiệp Học hàm, học vị: Đơn vị: 4- Mục tiêu nghiên cứu: 4.1- Mục tiêu tổng quát: 4.2- Mục tiêu cụ thể: 5- Đối tượng, phạm vi nghiên cứu: 5.1- Đối tượng nghiên cứu: - Thiết bị trao đổi nhiệt………………………………………………… …………………………………………………………………………… 5.2- Phạm vi nghiên cứu: 6- Nội dung nghiên cứu: 7- Phương pháp nghiên cứu: 8- Kế hoạch thực hiện: TUẦ N NGÀY NỘI DUNG THỰC HIỆN GHI CHÚ 10 9- Dự kiến sản phẩm đề tài: Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÝ TỰ TRỌNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN LẠNH ĐỒ ÁN CƠ SỞ NGÀNH Giảng viên hướng dẫn:Đinh Đồng Hiệp Sinh viên: Nguyễn Huy Hoàng Mã số sinh viên: 19000518 Nguyễn Như Nhật Tân Mã số sinh viên: 19001832 Lớp học: 19T4-LĐL1 Thành phớ Hờ Chí Minh – 2022 Nhận xét giáo viên hướng dẫn: … LỜI NÓI ĐẦU Trong công nghiệp đặc biệt cơng nghiệp hóa chất dầu khí, thiết bị trao đổi nhiệt có ý nghĩa vơ cùng quan trọng việc tăng, giảm hoặc trì nhiệt độ dịng cơng nghệ giá trị thích hợp Bởi cơng nghiệp hóa học nhiều q trình cần tiến hành điều kiện nhiệt độ xác định hiệu trình chất lượng sản phẩm đảm bảo Và thiết bị trao đổi nhiệt có nhiệm vụ thực q trình đun nóng, làm nguội hoặc làm lạnh Ngoài ra, thiết bị trao đổi nhiệt cịn góp phần trực tiếp hoặc gián tiếp giảm chi phí vận hành nhà máy nhờ khả tận dụng nhiệt thừa từ q trình cơng nghệ, từ giảm tiêu hao lượng chung tồn nhà máy Thiết bị trao đổi nhiệt đóng vai trị lớn vậy nên để tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt đáp ứng đầy đủ yêu cầu công nghệ dây chuyền đạt hiệu cao cần thiết Vì vậy, sở kiến thức học chương trình đào tạo kỹ sư máy hóa, em thực đề tài tốt nghiệp: nghiên cứu, ứng dụng tiêu chuẩn TEMA phần mềm aspen để cải tiến phương pháp tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ớng chùm Thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọ ống chùm thiết bị phổ biến sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Mặc dù cố gắng kiến thức hạn hẹp chưa có kinh nghiệm thực tế nên đờ án em cịn nhiều sai sót hạn chế Em mong nhận đóng góp bảo thầy để đề tài em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy Đinh Đồng Hiệp tận tình hướng dẫn bảo em śt q trình thực đề tài MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG - THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI VỎ BỌC ỐNG CHÙM 1.1 Thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc ống chùm CHƯƠNG - PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI VỎ BỌC ỐNG CHÙM 2.1 Mục đích 2.2 Trình tự tính tốn 2.3 Giới thiệu sơ đờ tính tốn 2.4 Bước 1: Lựa chọn kiểu thiết bị 2.5 Bước 2: Lựa chọn chất tải nhiệt 2.6 Bước 3: Lựa chọn chế độ thủy động 2.7 Bước 4: Tính tốn cân nhiệt 2.8 Bước 5: Thông số vật lý lưu thể 2.9 Bước 6: Tính diện tích trao đổi nhiệt 2.10 Bước 7: Chọn loại ớng ,kích thước cách sắp xếp ớng 2.11 Bước 8:Tính số ống 2.12 Bước 9: Tính đường kính vỏ 2.13 Bước 10: Lựa chọn vách ngăn 2.14 Bước 11: Tính tổn thất áp suất 2.15 Bước 12: Kiếm tra tổn thất CHƯƠNG - MỘT SỐ VÍ DỤ TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI VỎ BỌC ỐNG CHÙM 3.1 Ví dụ – Hai lưu thể không chuyển pha 3.2 Yêu cầu toán 3.3 Ví dụ – Một lưu thể chuyển pha 3.4 Yêu cầu toán 3.5 Ví dụ – Hai lưu thể chuyển pha 3.6 Yêu cầu toán Kết luận Tài liệu tham khảo CHƯƠNG - THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI VỎ BỌC ỐNG CHÙM 1.1 Thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc ớng chùm Với đặc tính kết cấu nó, thiết bị trao đổi nhiệt ớng chùm có diện tích trao đổi nhiệt lớn đến hàng nghìn mét vng, hệ sớ truyền nhiệt lớn Bởi vậy loại thiết bị ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp hóa chất thực phẩm Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm dạng thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng rộng rãi tất ngành công nghiệp, ước tính có tới 60% sớ thiết bị trao đổi nhiệt giới thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có khoảng áp dụng rộng, gần mọi công suất, mọi điều kiện hoạt động từ chân không đến siêu cao áp, từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao cho tất dạng lưu thể nhiệt độ, áp suất khác phía ngồi ớng Vật liệu để chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm phụ thuộc vào điều kiện hoạt động, vậy cho phép thiết kế để đáp ứng yêu cầu khác độ rung, khả sử dụng cho lưu thể có tính chất đóng cặn, chất có độ nhớt cao, có tính xâm thực, tính ăn mịn, tính độc hại hỗn hợp nhiều thành phần Thiết bị trao đổi nhiệt ớng chùm chế tạo từ vật liệu loại kim loại, hợp kim vật liệu phi kim với bề mặt truyền nhiệt từ 0,1m2 đến 100.000m2 Tuy nhiên, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ớng chùm có nhược điểm bề mặt trao đổi nhiệt tính đơn vị thể tích thiết bị thấp so với dạng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu mới, vậy, cùng bề mặt trao đổi nhiệt nhau, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm thường có kích thước lớn nhiều Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm bao gồm: chùm ống lắp vào vỉ ớng bọc ngồi vỏ hình trụ, hai đầu có nắp đậy Trong thiết bị có hai khơng gian riêng biệt: không gian gồm khoảng trống bên vỏ không bị chiếm chỗ (gọi khoảng không gian ống), không gian gồm phần rỗng ống hai không gian giới hạn vỉ ống với nắp(gọi không gian ống).Trong khơng gian vậy có lưu thể chuyển động,chúng trao đổi nhiệt với qua thành ống truyền nhiệt Hình 1.5 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm vỉ ống cố định 1- nắp; 2- vỉ ống; 3- ống truyền nhiệt; 4,10- cửa thông với không gian ống; 5- giá; 6- vỏ; 7- nắp; 8,11- cửa thơng với khơng gian ống;9- vóng đệm bịt kín Thiết bị trao đổi nhiệt ớng chùm chia thành nhiều dạng khác Có nhiều phương pháp để phân chia vào kiểu dáng cấu tạo, dòng chảy khoang đầu hoặc vào cấu tạo, kiểu phân bớ dịng chảy vỏ Nhưng cách phân loại phổ biến phân loại dựa vào cấu tạo phần: phần đầu,thân , phần sau theo tiêu chuẩn TEMA Cách phân loại tìm hiểu kĩ chương sau Mặc dù có nhiều dạng khác phận thiết bị trao đổi nhiệt lại có khác biệt Các phận thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm mô tả mục sau: Hình 1.6 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm vỉ ống di động a) Vỏ Vỏ thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm đơn giản phận chứa lưu chất phía ngồi ớng trao đổi nhiệt Vot thiết bị có tiết diện trịn chế tạo từ thép carbon hoặc thép hợp kim b) Phần đầu phần sau Phần đầu phân sau phân chia thành nhiều loại khác tiêu chuẩn TEMA.Cả phần nối với thân phương pháp hàn hoặc sử dụng bích Phần đầu để lưu thể ớng vào thiết bị chia ngăn đối với thiết bị chia lối lưu thể ống c) Ống trao đổi nhiệt Ống trao đổi nhiệt thành phần thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, bề mặt ống trao đổi nhiệt bề mặt truyền nhiệt lưu thể chảy bên ớng bên ngồi ớng Các ống trao đổi nhiệt gắn vào vỉ ống phương pháp hàn hoặc nong ống Ống trao đổi nhiệt thường làm thép carbon, đồng hoặc thép hợp kim, sớ trường hợp đặc biệt làm từ hợp kim Niken, titanium hoặc hợp kim nhôm d) Vỉ ống Vỉ ống dùng để định vị cố định ống trao đổi nhiệt Vỉ ống thường kim loại phẳng hình trịn, khoan lỗ để cố định ống, lắp đỡ vách ngăn Trong q trình gia cơng, cần phải đảm bảo mới nới ớng vỉ ớng kín, tránh rị rỉ Vỉ ơng kẹp vào bích hoặc làm vỉ ớng liền bích hàn thẳng vào thân đới với trường hợp vỉ ớng cớ định Cịn đới với vỉ ớng di động sử dụng bích hai nửa để kẹp vỉ ống Vỉ ống di động sử dụng chênh lệch nhiệt độ lưu thể lớn, tránh giãn nở không thân vỏ với ống e) Vách ngăn Vách ngăn sử dụng với hai chức Chức quan trọng tạo thành cấu để định vị ống trao đổi nhiệt lắp đặt vận hành giữ cho bó ớng khơng bị rung động chuyển động lưu thể Ngồi ra, vách ngăn cịn định hướng chuyển động lưu thể phía ngồi ớng chuyển động qua lại theo phương vng góc với chùm ớng làm tăng vận tốc lưu thể hệ số truyền nhiệt thiết bị Các vách ngăn hình trịn đục lỗ giớng vỉ ớng cắt phần Vị trí vách ngăn phần cắt cần tính tốn để thiết bị đạt hiệu nhất, cân hệ số trao đổi nhiệt tổn thất áp suất f) Tấm chia ngăn Tấm chia ngăn sử dụng đối với thiết bị bớ trí lưu thể ớng từ lới trở lên Tấm chia ngăn cần bớ trí cho đảm bảo số lượng ống ngăn xấp xỉ để giảm thiểu chênh áp ngăn CHƯƠNG - PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI VỎ BỌC ỐNG CHÙM 2.1 Mục đích Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm thiết bị trao đổi nhiệt ứng dụng rộng rãi phổ biến ngành công nghiệp hóa chất thực phẩm Nó đa dạng chủng loại hình thức Do việc tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt đáp ứng đầy đủ yêu cầu dây chuyền sản xuất việc vô cùng quan trọng Chương giới thiệu phương pháp tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm ứng dụng phương pháp để tính tốn, thiết kế gần hầu hết loại thiết bị trao đổi nhiệt ớng chùm 2.2 Trình tự tính tốn 2.3 Giới thiệu sơ đờ tính tốn Khi tính tốn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt để đun nóng hoặc làm nguội sản phẩm dây chuyền công nghệ, tiến hành bước theo trình tự sơ đờ sau: 2.4 Bước 1: Lựa chọn kiểu thiết bị Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm đa đạng chủng loại Khi tính tốn, thiết kế ta nên tn thủ theo tiêu chuẩn TEMA, tiêu chuẩn nhà thiết kế, sản xuất dùng làm tảng cho thiết kế Tiêu chuẩn TEMA đưa bảng cấu tạo thiết bị cho lựa chọn, bao gồm phần: phần đầu, phần thân vỏ phần sau thiết bị Tùy thuộc vào yêu cầu toán mà ta lựa chọn kiểu thiết bị phù hợp Phần đầu thiết bị Phần đầu thiết bị ký hiệu chữ cái: A,B,C,N,D Hình 3.2 Các phần đầu thiết bị theo TEMA - Phần đầu A: phần đầu sử dụng phổ biến nhất, có nắp bích mù tháo rời để vệ sinh dễ dàng - Phần đầu B: phần đầu hàn kín Loại đơn giản, dễ chế tạo, kín rẻ khơng có mặt bích Nhưng khótháo rời để vệ sinh sửa chữa phần đầu A - Phần đầu C: có nắp bích mù giớng đầu A vỉ ống hàn liền với phần - Thân vỏ K: Thường dùng cho lưu thể có thay đổi pha Dòng vật chất vào gia nhiệt cho bay phần.Phần phía - Thân vỏ X: lưu thể vào thân vỏ Hai lưu thể chuyển động chéo dòng Phần sau thiết bị Phần sau thiết bị ký hiệu bởi: L, M, N, P, S, T, U, W Hình 3.4 Các phầnsau thiết bị theo TEMA - Phần sau L:giống phần đầu A - Phần sau M: giống phần đầu B - Phần sau N: giống phần đầu N - Phần sau P: loại thả tự hở, tức cấu tự nằm ngồi, khơng nằm phần sau thiết bị.Loại lắp ghép đơn giản, dễ làm sạch khoảng cách bó ớng – vỏ lớn, u cầu cấu bịt kín phải đảm bảo nên thường khơng sử dụng với chất nguy hiểm - Phần sau S: loại thả tự kín sử dụng bích hai nửa, tức cấu tự nằm phần sau thiết bị Khoảng giãn nở cho phép lớn, kín an tồn lưu thể ớng khơng thể rị rỉ ngồi đới với phần sau P Sử dụng bích hai nửa làm cho khoảng cách bó ống – vỏ nhỏ nên giảm đường kính thân vỏ - Phần sau T: loại thả tự kín sử dụng bích thường Cũng giớng phần sau S đơn giản sử dụng bích thường Do khoảng cách bó ớng – vỏ lớn nên thân thiết bị lớn - Phần sau U: sử dụng cho thiết bị trao đổi nhiệt ống chữ U - Phần sau W: Là loại tự kín, vỉ ớng chuyển động khoảng kẹp bích Phân loại Bảng 3.1 Phân loại thiết bị theo TEMA Chủng loại đầu cố định Ký hiệu Ưu điểm TEMA Phần - Cho diện tích trao đổi đầu: nhiệt lớn với cùng Nhược điểm - Không làm sạch phương pháp học A,B,N phần sau L,M,N đường kính ớng vỏ - Có thể chia lối hoặc nhiều lối để điều chỉnh vận tốc lưu thể - Là loại thiết bị đơn giản rẻ tiền đầu tự Phần sau: P,S,T,W -Chịu chênh lệch nhiệt độ lưu thể lớn - Cả bó ớng thân thiết bị làm sạch phương pháp học Nên thường sử dụng cho lưu thể bẩn - Ống vỏ chọn loại vật liệu khác Loại chữ U Phần sau: U -Chịu đượcchênh lệch nhiệt độ lưu thể lớn chênh lệch nhiệt độ ống riêng lẻ - Ít tớn so với đầu tự phía ngồi ớng - Khơng sử dụng chênh lệch nhiệt độ lưu thể lớn hoặc vỏ ống làm vật liệu khác Điều thực sử dụng đai giãn nở nhiệt cho thân vỏ Chênh lệch nhiệt độ lưu thể không 80oC -Đầu tự làm tăng đường kính thân vỏ - Ống khơng thể giãn nở nhiệt độc lập ống nên cần tránh nhiệt cục - Vật liệu phận lắp ghép đầu tự bulông bị hạn chế bới nhiệt độ, áp suất thiết kế - Thiết bị đắt -Do ống uốn cong nên phần ống - Ống khó làm sạch phương pháp học, chủ yếu làm sạch phương pháp hóa học - Do sắp xếp lờng vào nên khó khăn thay ớng riêng lẻ - Khơng bớ trí lới hoặc dịng lưu thể ngược chiều - Bề dầy ống tại chỗ uốn mỏng chỗ ống thẳng 2.5 Bước 2: Lựa chọn chất tải nhiệt Đun nóng Trong sớ trường hợp đề chưa đưa chất tải nhiệt cùng ta cần lựa chọn chất tải nhiệt hợp lý phù hợp với yêu cầu đề bài.Mỗi chất tải nhiệt có ưu nhược điểm riêng Do đó, tuỳ trường hợp cụ thể màta lựa chọn chất tải nhiệt làm việc thích hợp Điều kiện lựa chọn là: - Nhiệt độ đun nóng khả điều chỉnh nhiệt độ tớt - Độ nhớt nhỏ, nhiệt dung riêng lớn - Độ độc tính hoạt động hố học - Độ an tồn đun nóng cao (khơng cháy, nổ,…) - Khơng ăn mịn thiết bị bảo đảm cung cấp nhiệt độ ổn định - Rẻ dễ tìm Trong thiết bị trao đổi nhiệt dùng để đun nóng thường gặp chất tải nhiệt phổ biến sau: Bảng 3.2 Ưu nhược điểm số chất tải nhiệt thường dùng Chất tải nhiệt Hơi nước bão hòa Ưu điểm Nhược điểm - Hệ số cấp nhiệt lớn,  - Khơng thể đun nóng lên đến nhiệt độ cao =10.000÷15.000 W/m2 độ Do bề nhiệt độ mặttruyền nhiệt nhỏ tăngthì áp suất bão nghĩa kích thước thiết hịa tăng, dễ hỏng bị gọn thiết bị thiết bị bề dày thiết bị đun nóng phải tăng lên.Hơn chấttải nhiệt khác khi nhiệt độ tăng cùng suất tải làm ẩn nhiệt hóa giảm nên lượng đớt nhiệt - Lượng nhiệt cung cấp tăng lớn (tính theo đơn vị - Hơi nước 350oC chất tải nhiệt) ẩn nhiệt áp suất bão hoà 180at, 374oC (nhiệt độ hóa lớn - Vận chuyển xa tới dễ dàng theo đường ống hạn), áp suất 225at - Đun nóng đờng ẩn nhiệt hố r =0 Do ngưng tụ đó, tăng nhiệt độ tồn bề mặt truyền nhiệt ởnhiệt độ không đổi - Dễ điều chỉnh nhiệt độ đun nóng cách điều chỉnh áp suất Dầu tải nhiệt Khói lị thiết bị phứctạp thêm, hiệu suất sử dụng nhiệt bị giảm, vậy phương pháp đun nóng nước bão hịa sử dụng tớt trường hợp đun nóng khơng q 180oC -Đun nóng nhiệt -Hiệu số nhiệt độ không độ cao 180oC(không lớn (15-20oC) nên nhiệt vượt 300oC) truyền không lớn - Độ nhớt lớn, nhiệt độ thấp nên vận chuyển khó khăn - Khó điều chỉnh nhiệt độ - Có thể tạo nhiệt - Hệ sớ cấp nhiệt nhỏ o độ cao tới 1000 C ( khơng q 100W/m độ) thiết bị cờng kềnh - Nhiệt dung riêng thể tích nhỏ nên cần lượng khói lớn - Đun nóng khơng đờng - Khó điều chỉnh nhiệt độ đun nóng nên dễ có tượng q nhiệt cục - Khói lị thường có bụi khí độc nhiên liệu đun nóng gián tiếp, bề mặt truyền nhiệt bị bám cặn - Nếu đun nóng chất dễ cháy, dễ bay khơng an tồn - Trong khói ln có lượng ơxy dư, tiếp xúc với thiết bị ơxy hố kim loại làm hỏng thiết bị Tận dụng nhiệt từ nguồn - Tiết kiệm nhờ tận dụng - Thường dùng để ng̀n nhiệt làm nóng sơ khó thải có nhiệt độ cao lưu thể có nhiệt độ cao điều chỉnh nhiệt độ giai đoạn khác lưu thể - Được áp dụng phổ biến tại dây chuyền sản xuất Làm nguội ngưng tụ Trong cơng nghệ hóa học nhiều ngành cơng nghiệp khác ta thường gặp trình phải làm nguội khí,chất lỏng hoặc ngưng tụ sang trạng thái lỏng Chất tải nhiệt thường dùng trình nước khơng khí.Nhưng nước sử dụng phổ biến khơng khí có khới lượng riêng nhỏ, hệ sớ tỏa nhiệt nhỏ, lưu lượng thể thích địi hỏi lớn nên tiêu tớn lượng lớn để vận chuyển 2.6 Bước 3: Lựa chọn chế độ thủy động Bố trí lưu thể trong, ngồi ống Trong thiết bị trao đổi nhiệt, có hai dịng lưu thể, việc bớ trí lưu thể cách hợp lý thiết bị điều quan trọng đảm bảo cho hoạt động có hiệu thiết bị śt q trình sử dụng, có độ tin cậy cao, dễ tu sửa bảo trì trình vạn hành Do đó, có sớ ngun tắc giúp lựa chọn chế độ thủy động cho lưu thế: - Chất bẩn dễ gây bám cặn cho bề mặt ớng nên để ớng làm sạch bề mặt ống dễ dàng - Chất gây ăn mịn bề mặt nhiều nên bớ trí ớng, ớng dễ chế tạo, dễ thay giá thành nhỏ so với vỏ thiết bị - Chất có áp suất lớn nên bớ trí ớng, chất có áp suất thấp ngồi ớng ớng chịu áp suất tớt vỏ bọc, đồng thời để tránh phải tăng chiều dày vỏ thiết bị gây khó khăn việc chế tạo giá thành cao - Với thiết bị trao đổi nhiệt nhằm mục đích đớt nóng lưu thể đó, nên bớ trí lưu thể có nhiệt độ cao ống để giảm tổn thất nhiệt môi trường Ngược lại, với thiết bị nhằm tỏa nhiệt, nên bố trí lưu thể có nhiệt độ cao bên ngồi ống để tự tỏa nhiệt phần môi trường xung quanh qua vỏ thiết bị - Với thiết bị ngưng tụ giống thiết bị làm lạnh ngưng tụ ngồi ớng, bớ trí ớng - Thơng thường, bớ trí lưu thể nhớt phía ngồi ớng làm tăng hệ sớ truyền nhiệt K so với bớ trí ớng.Nhưng cần đảm bảo dịng chảy ngồi ớng chế độ chảy xốy, khơng bớ trí lưu thể ớng Hơn bớ trí ớng giảm tổn thất áp suất Bố trí chiều lưu thể Hệ số truyền nhiệt hai lưu thể chuyển động song song ngược chiều lớn so với cùng chiều nên bớ trí, ta ưu tiên chọn trường hợp hai lưu thể chuyển động ngược chiều nhiều Chiều lưu thể phụ thuộc vào cấu tạo kiểu thiết bị ta lựa chọn Thông thường chiều chuyển động lưu thể thiết bị theo tiêu chuẩn TEMA chéo dòng Vận tốc lưu thể Thơng thường q trình trao đổi nhiệt chất lỏng bề mặt truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng Để tận dụng khả trao đổi nhiệt thiết bị nên chọn tớc độ dịng chảy hợp lý Nếu vận tớc lưu thể lớn tăng khả trao đổi nhiệt, tăng hệ số truyền nhiệt K đó,tổn thất áp lực cho bơm lớn nên tốn nhiều lượng, vận hành không kinh tế Do phải chọn tớc độ hợp lý để thỏa mãn yêu cầu toán, mặt thiết kế lẫn vận hành Theo kinh nghiệm thực tế nên chọn vận tốc nằm khoảng hợp lý bảng 3.3 Bảng 3.3 Khoảng giá trị vận tốc hợp lý số lưu thể [1,9] Lưu thể Vận tớc, m/s Chất lỏng có độ nhớt cao ≤1 Chất lỏng có độ nhớt thấp ≤3 Khí chứa nhiều bụi ≤ v ≤ 10 Khí sạch 12 ≤ v ≤ 16 Hơi bão hòa 30 ≤ v ≤ 50 Hơi nhiệt 50 ≤ v ≤ 75 2.7 Bước 4: Tính tốn cân nhiệt Dựa vào định ḷt bảo tồn lượng, ta có phương trình cân nhiệt tổng quát có dạng: Q== Trong : Q : Nhiệt lượng trao đổi thiết bị trao đổi nhiệt, W :Nhiệt lượng lưu thể nóng tỏa ra, W : Nhiệt lượng lưu thể lạnh nhận vào, W :Nhiệt lượng tổn thất, W Khi lưu thể khơng có chuyển pha, ta có: Q1 = G1 Cpl(t1-t1’) Q2 = G2 Cp2(t2-t2’) Suy ra: Q = G1 Cpl (t1-t1) = G2 Cp2(t2-t2’)+ Qtt Trong đó: G1,G2: Lưu lượng lưu thể nóng lạnh, kg/s Cp1, Cp2 : Nhiệt dung riêng lưu thể nóng lạnh,J/kg.K t1 , t1’ : Nhiệt độ vào, lưu thể nóng, K t2 , t2’ : Nhiệt độ vào, lưu thể lạnh, K Khi lưu thể có chuyển pha (sơi hoặc ngưng tụ), ta có:[1,28] Q1 = G1 (i1 - i1’)  Q2 = G2 (i2 - i2’) Suy ra: Q= G1 (i1 - i1’ )= G2 (i2 - i2’ ) + Qtt Trong đó: i1 ,i1’ : Entanpi lưu thể nóng vào, thiết bị, J/kg i2 ,i2’ : Entanpi lưu thể lạnh vào, thiết bị, J/kg Nếu bỏ qua tổn thất nhiệt mơi trường xung quanh nhiệt lượng lưu thể nóng tỏa nhiệt lượng lưu thể lạnh nhận vào: Q = G1Cpl (t1 - t1’ )= G2Cp2 (t2 - t1’ ) Hoặc Q= G1(i1 - i1’ )= G2 (i2 - i2’) Dựa vào phương trình cân nhiệt ta tính nhiệt độ (t1 , t2 , t1’ , t2’ ) hay lưu lượng ( G1,G2) thiếu đề nhiệt lượng trao đổi Q thiết bị cần thiết kế Bước 5: Thông sốvật lý lưu thể Trước tính tốn cần xác định đầy đủ thông số đầu vào,ra thông sốvật lý lưu thể Xác định thông số đầu vào, ra: o Lưu nóng Vào Ra Nhiệt độ, C Áp suất, bar Lưu lượng, kg/s Nhiệt trở lớp cặn,m K/W Tổn thất áp suất cho phép, bar Nhiệt lượng trao đổi ,kW Xác định thông số vật lý lưu thể: Nhiệt độ t, oC Lưu thể lạnh Vào Ra Khối lượng riêng H , kg/m3 Nhiệt dung riêng CpH, kJ/kg.K Độ nhớt H , mNs/m2 Hệ số dẫn nhiệt H , W/m.K Phần khối lượng Khối lượng riêng lỏng PL , kg/m3 Nhiệt dung riêng lỏng CpL, kJ/kg.K Độ nhớt lỏng L , mNs/m2 Hệ số dẫn nhiệt lỏng L , W/m.K Bước 6:Tính diện tích trao đổi nhiệt Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt mục tiêu thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt.Dựa vào phương trình (1.1), ta tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết thiết bị: F= Bước 7: Chọn loại ớng, kích thước cách sắp xếp ớng 1.Kích thước ớng Các ớng sản xuất thị trường phong phú chủng loại tất tuân theo quy cách tiêu chuẩn chung.Đường kính ống thường chọn dải từ 16mm đến 50mm Trong loại từ 16 đến 25mm sử dụng phổ biến đa phần thiết bị trao đổi nhiệt ớng chùm nhỏ gọn, chắc chắn giá thành rẻ Loại ống lớn dùng với lưu thể bẩn, có bám cặn dễ làm sạch Để tính tốn sơ bộ, thường chọn ớng có đường kính ngồi ¾ in (19,05mm) Bề dày ớng chọn phụ thuộc vào áp suất lưu thể ống độ ăn mịn lưu thể.Và bề đầy ớng đánh giá thông qua số BWG (Birmingham Wire Gauge).Chúng ta chọn kích thước ớng theo bề dày BWG phụ lục (2) tham khảo áp suất tối đa đối với ống thép carbon theo tiêu chuẩn ASME phụ lục (3) Chiều dài ống thường ft (1.83 m), ft (2.44 m), 12 ft (3.66 m), 16 ft (4.88 m), 20 ft (6.10 m), 24 ft (7.32 m) Đới với diện tích bề mặt truyền nhiệt xác định, sử dụng ống dài làm giảm đường kính vỏ, chi phí thấp vỏ chịu áp suất cao Trường hợp tối ưu nhất, người ta chọn tỷ lệ chiều dài ớng với đường kính vỏ nằm khoảng đến 10 Đối với trường hợp ớng chữ U, ớng phía ngồi dài ớng phía Để thiết kế cần phải tính chiều dài trung bình ớng Các ớng chữ U uốn cong từ ống tiêu chuẩn cắt theo chiều dài thiết kế.Bán kính ́n cong ớng phụ thuộc vào đường kính bề dầy ớng, thường 1,5 – lần đường kính ngồi ống 2.Sắp xếp ống Trong thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, ống thường bố trí theo kiểu: tam giác, tam giác xoay, hình vng hoặc vng xoay Hình 3.6 Các kiểu sắp xếp ớng thiết bị Trong kiểu bớ trí ớng này, với cùng bước ớng dịng chảy thứ tự giảm dần hệ số truyền nhiệt tổn thất áp suất 30o ,45o , 60o 90o Bớ trí ớng theo hình vng đem lại hệ sớ truyền nhiệt tổn thất áp suất thấp Để lựa chọn kiểu bớ trí phù hợp cần quan tâm vấn đề sau: - Độ chặt - Hệ số truyền nhiệt - Tổn thất áp suất - Vệ sinh ngồi ớng - Sự thay đổi pha lưu thể ngồi ớng Bớ trí ớng theo tam giác với tam giác xoay bó ống chặt hơn, cho hệ số truyền nhiệt cao vỉ ống bền Với cùng loại ống bước ớng nhau, bớ trí theo tam giác tam giác xoay bớ trí 15% sớ ống so với hình vuông vuông xoay Nhưng nhược điểm cách bớ trí khó vệ sinh ngồi ớng phương pháp học, thường vệ sinh phương pháp hóa học Bớ trí ớng theo hình vng vng xoay thường khơng bớ trí thiết bị có vỉ ớng cớ định vệ sinh Trừ số trường hợp ngưng tụ hoạc đun sơi bớ trí sử dụng để tạo khơng cản trở dịng Bớ trí theo cách cho hệ sớ truyền nhiệt tổn thất áp suất nhỏ so với bố trí tam giác tam giác xoay Bước ớng (khoảng cách tâm ống) khuyến nghị lấy 1,25 lần đường kính ngồi, trừ sớ trường hợp đặc biệt Trong trường hợp cần làm sạch dễ dàng bớ trí theo dạng hình vng với bước ớng tối thiểu 6,4 mm (0.25 in) [2,646] Lưu ý:Đối với thiết bị bay kettle, cách sắp xếp ống theo hình vng hay tam giác khơng có ảnh hưởng nhiều tới hệ sớ truyền nhiệt K Nhưng bớ trí theo hình vng tạo tḥn lợi cho bay Khi tính tốn, thiết kế thiết bị nên chọn bước ớng 1,5 – lần đường kính ngồi ớng để tránh cản trở bay Và nên sử dụng ớng dài có đường kính nhỏ đem lại hiệu cao so với ống ngắn có đường kính lớn 3.2.10.3Sớ lới Lưu thể ớng thường bớ trí chảy qua lại nhóm ớng, gọi lới để tăng qng đường dịng lưu thể Sớ lới định đến vận tốc chảy ống Các thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm thường thiết kế từ đến 16 lối Các lối chia cách chia ngăn phần đầu phần sau thiết bị trao đổi nhiệt chia.Hình 3.7thể cách chia 2,4,6,8 10 lới lưu thể Cón đới với sớ lới lớn hơn, tham khảo thêm Sauuders (1988) Hình 3,7 Cách chia sớ lới lưu Bước 8: Tính sớ ớng Chiều dài ớng tham gia trao đổi nhiệt thực tế là: Ltđn=L -  Trong đó: Ltđn : Chiều dài ớng tham gia trao đổi nhiệt thực tế, m L : Chiều dài ống, m  : Tổng bề dầy vỉ ống, m Bề dầy vỉ ống phụ thuộc vào chênh lệch áp suất lưu thể cần chọn cho thỏa mãn điều kiện bền khí Bề dầy vỉ ớng chọn tới thiểu đường kính ngồi ớng Nếu chưa xác định bề dầy xác vỉ ống, lấy bề dầy 25mm cho vỉ ớng để tính tốn chiều dài ống tham gia trao đổi nhiệt thực tế Tính diện tích trao đổi nhiệt ớng: Fớng = Ltđn x dng x   Trong đó: Fớng : Diện tích ớng, m Ltđn: Chiều dài ớng tham gia trao đổi nhiệt, m dng : Đường kính ngồi ớng, m Tính sớ ớng: N= Trong đó: N : Sớ ớng F : Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2 Fớng : Diện tích ớng, m2 Diện tích mặt cắt ngang dịng chảy ống: Fmcn = Vận tốc dòng chảy ống: Vtr= Trong đó: vtr : Vận tớc lưu thể ống, m/s Nl: Số lối Gtr: Lưu lượng lưu thể ống, kg/s N : Số ống Fmcn : Diện tích mặt cắt ngang dịng chảy ớng, m tr : Khối lượng riêng lưu thể ống, kg/m3 Ta cần kiểm tra vận tốc ống Vtr tính phải nằm khoảng hợp lý hay khơng Nếu cao q cần giảm sớ lới thấp q tăng sớ lới lên tính lại vận tớc Bước 9: Tính đường kính vỏ Để tính đường kính vỏ, trước tiên ta cần tính đường kính bó ớng Đường kính bó ớng khơng phụ thuộc vào sớ ớng mà cịn phụ thuộc vào cách bớ trí ớng sớ lới Sau biết sớ ớng, vẽ sơ đờ bớ trí ớng rời đo đường kính bó ớng Hoặc đường kính bó ớng tính theo cơng thức:[2,648] Mâu ... thiết bị trao đổi nhiệt lại có khác biệt Các phận thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm mô tả mục sau: Hình 1.6 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm vỉ ống di động a) Vỏ Vỏ thiết bị trao đổi nhiệt. .. CHƯƠNG - THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI VỎ BỌC ỐNG CHÙM 1.1 Thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc ớng chùm Với đặc tính kết cấu nó, thiết bị trao đổi nhiệt ớng chùm có diện tích trao đổi nhiệt. .. CHƯƠNG - PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI VỎ BỌC ỐNG CHÙM 2.1 Mục đích Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm thiết bị trao đổi nhiệt ứng dụng rộng rãi phổ biến ngành