Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ ống chùm vỏ bọc nằm ngang, công suất 30kw, môi chất nh3, nhiệt Độ môi chất ngưng (tk = 38 c), nhiệt Độ nước vào (

Trong bài tập lớn của môn học THIẾT BỊ TRAO ĐÔI NHIỆT này tôi tính toán thiết kế dàn ngưng tụ ống chùm vỏ bọc nằm ngang.. Trong kĩ thuật thiết bị trao đôi nhiệt được sử dụng rất rộng rãi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CHE BIEN — BO MON KY THUAT LẠNH

BAI TAP LON THIET BI TRAO DOI

NHIET

“ TINH TOAN THIET KE THIET BI NGUNG TU ONG CHUM VO BOC NAM NGANG, CONG SUAT 30KW, MOI CHAT NH, NHIET DO MOI CHAT NGUNG (t, = 38°C), NHIET DO NUGOC VAO ( ty = 30°C ), NHIET DO NUOC RA (tr = 35°C) ”

GVHD: TS.TRAN DAI TIEN SVTH: NGUYEN VAN BINH

MSSV: 50130094

LỚP: 50NL

Nha Trang tháng 12 năm 2010

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật lạnh đã ra đời hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành kỹ thuật rất khác nhau: trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, công nghiệp hoá chất, công nghiệp rượu, bia, sinh học, đo lường tự động, kỹ thuật sấy nhiệt độ thấp, xây dựng, công nghiệp đầu mỏ, chế tạo vật liệu, dụng cụ, ngành dệt may,điện tử, thiết

kế chế tạo máy, xử lý hạt giống, y hoc, thé thao, trong doi song vv

Ngày nay ngành kỹ thuật lạnh đã phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vị ngày càng mở rộng và trở thành ngành kỹ thuật vô cùng quan trọng, không thê thiếu được trong đời sống và kỹ thuật của tat cả các nước

Đặc biệt là dân dụng , nhằm thúc đây các ngành này và cuộc sống của người dân ngày

một phát trién,tot đẹp hơn

Đất nước việt nam chúng ta là một nước nhiệt đới tuy ngành kỹ thuật lạnh xuất hiện chậm hơn các nước khác nhưng đã và đang phát triển rất nhanh , tuy nói chỉ mới đáp ứng phân nào nhu cầu của mọi người nhưng do nhu cầu đời sống ngày cảng một tăng cao nên yêu

cầu về điện lạnh của nước ta rất lớn và nó đang được xem là một ngành theo modem ngày

nay

Một hệ thông lạnh cơ bản nhất không thê thiếu bốn thiết bi: may nén(compressor),thiét

bị ngưng tụ ( condenser),thiết bị bay hơi(avaporatior),van tiết lưu(expansion valave) các thiết bị này gây ánh hưởng rất lớn đối với năng suất lạnh khi một trong các thiết bị co van dé

Thiết bị ngưng tụ ( condenser), là một trong bốn thiệt bị chính không thẻ thiếu của hệ thông lạnh, với vai trò đặc biệt quan trọng

Trong bài tập lớn của môn học THIẾT BỊ TRAO ĐÔI NHIỆT này tôi tính toán thiết kế dàn ngưng tụ ống chùm vỏ bọc nằm ngang

Tôi xin chân thành cảm on thay TS Trần Đại Tiến đã hướng dẫn tận tình đề tôi hoàn thành

bài tập lớn này, bài tập này chắc chắn có nhiều sai sót, mong thầy đóng góp ý kiến đề bài

được hoàn thiện hơn!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Bình

MỤC LỤC

CHUONG 1: TONG QUAN VE CAC THIET BI TRAO DOI NHIET

1.1 KHAI NIEM VE THIET BI TRAO DOI NHIET

1.2.PHAN LOAI THIET BI TRAO DOI NHIET

1.2.1.Phan loai theo nguyén ly lam viéc cua thiét bi trao d6i nhiệt

1.2.2.Phận loại thiệt bị trao đôi nhiệt theo sơ đồ chuyên động của chất lỏng

1.2.3.Phận loại thiết bị trao đôi nhiệt theo thời gian

1.2.4.Phân loại thiết bị trao đôi nhiệt theo công dụng

1.3.THIẾT BỊ NGƯNG TỤ ONG CHUM VO BOC NAM NGANG

1.3.1 Vai trò của thiết bị ngưng tụ

1.3.2.Phân loại thiết bị ngưng tụ

1.3.3 Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ

13.4.UU nhược điểm của thiết bị ngưng tụ

CHUONG 2: THIET KE DAN NGUNG TU ONG CHUM VO BOC NAM NGANG 2.1 LUA CHON THONG SO BAN DAU

2.2 TINH TOAN THIET KE ONG CHUM

2.2.1 TINH TOAN LAN 1

2.2.2 TINH TOAN LAN 2

2.2.3 TINH TOAN LAN 3

2.3 TINH CAC KICH THUGC KHAC

CHUONG 3: TINH TOAN TRO LUC, CHON BOM NUOC VA CAC BAN VE CHI TIET THIET BI

3.1 TÍNH TOÁN TRỞ LỰC

3.2 CHỌN BƠM

3.3 CAC BAN VE CHI TIET THIET BI

CHUONG 1: TONG QUAN VE CAC THIET BI TRAO DOI NHIET 1.1.KHAI NIEM VE THIET BI TRAO DOI NHIET

Thiét bi trao déi nhiét 1a thiét bi trong đó thực hiện các quá trình trao đôi nhiệt giữa các chất mang nhiệt Trong kĩ thuật thiết bị trao đôi nhiệt được sử dụng rất rộng rãi và đóng vai

trò quan trọng trong các quá trình công nghệ ví dụ như lò hơi đề sản sinh hơi nước, thiết bị ngưng tụ và bốc hơi trong thiết bị lạnh, thiết bị hồi nhiệt

1.2 PHAN LOAI THIET BI TRAO DOI NHIET

1.2.1 Phân loại theo nguyên lý làm việc của thiết bị trao đối nhiệt :

- _ Thiết bị trao đôi nhiệt tiếp xúc ( hay hỗn hợp ), là loại thiết bị trao đôi nhiệt trong đó

chất gia công và môi chất tiếp xúc với nhau, thực hiện cả quá trình trao đổi nhiệt và

trao đổi chất với nhau tạo ra một hỗn hợp

- Thiết bị trao đôi nhiệt dạng hồi nhiệt là loại thiết bị trao đôi nhiệt có mặt trao đôi nhiệt

được quay, khi tiếp xúc chất lỏng I mặt nhận nhiệt , khi tiếp xúc chat lỏng 2 mặt tỏa nhiệt quá trình trao đổi nhiệt là không ôn định và trong mặt trao đổi nhiệt có sự đao động nhiệt

- _ ví dụ : bộ sấy không khí quay trong lò hơi nhà máy nhiệt điện

- Thiết bị trao đổi nhiệt vách ngăn là loại thiết bị trao đôi nhiệt có vách rắn ngăn chất

lỏng nóng và chất lỏng lạnh và 2 chất lỏng trao đôi nhiệt theo kiều truyền nhiệt Loại

thiết bị trao đôi nhiệt vách ngăn bảo đảm độ kín tuyệt đối giữa 2 chất , làm cho chất

gia công được tinh khiết và vệ sinh „ an toàn , do đó được sử dụng rộng rãi trong mọi

công nghệ

- _ Thiết bị trao đối nhiệt kiêu ống nhiệt, là loại thiết bị trao đối nhiệt dùng ống nhiệt để

truyền tải nhiệt từ chất lỏng nóng đến chất lỏng lạnh Môi chất trong các ống nhiệt nhận nhiệt từ chất lỏng 1, sôi và hóa hơi thành hơi bảo hòa khô, truyền đến vùng tiếp

xúc chất lỏng 2 , ngưng thành lỏng rồi quay về vùng nóng đề lặp lại chu trình Trong ống nhiệt môi chất sôi ngưng và chuyến động tuân hoàn , tải l lượng lớn nhiệt từ chất

long 1 dén chat lỏng 2

1.2.2 Phận Loại Thiết Bị Trao Đối Nhiệt Theo Sơ Dé Chuyển Động Chất Lông, Với Loại Thiết Bị Có Vách Ngăn :

- _a.Sơ đỗ song song cùng chiều

- _ Sơ đồ song song ngược chiều

- _ Sơ đồ song song đổi chiều

- - Sơ đồ giao nhau | lan

- _ Sơ đồ giao nhau nhiều lần

1.2.3 Phận Loại Thiết Bị Trao Đỗi Nhiệt Theo Thời Gian : Phận làm 2 loại

- _ Thiết bị liên tục : Như bình ngưng, calorifer

- _ Thiết bị làm việc theo chu kỳ : như nồi thanh trùng, thiết bị sấy theo mẻ

1.2.4 Phân Loại Thiết Bị Trao Đối Nhiệt Theo Công Dụng :

- Thiết bị gia nhiệt dùng đề gia nhiệt cho sản phẩm : như nồi nau 16 hoi

- Thiét bi làm mát đề làm nguội sản phẩm đến nhiệt độ môi trường : như tháp giải nhiệt, binh làm mát dầu

- _ Thiết bị lạnh đề hạ nhiệt độ sản phẩm đến nhiệt độ nhở hơn nhiệt độ môi trường : như

tủ lạnh, tủ đông

1.3.THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

1.3.1 vai trò của thiết bị ngưng tụ

- Thiết bị ngưng tụ có nhiệm vụ ngưng tụ gas quá nhiệt sau máy nén thành môi chất lạnh trạng thái lỏng Quá trình làm việc của thiết bị ngưng tụ có ảnh hưởng quyết định đến áp suất

và nhiệt độ ngưng tụ và do đó ảnh hưởng đến hiệu quả và độ an toàn làm việc của toàn hệ

thống lạnh Khi thiết bị ngưng tụ làm việc kém hiệu quả, các thông số của hệ thống sẽ thay đôi theo chiều hướng không tốt, cụ thê là:

- Năng suất lạnh của hệ thống giảm, tốn thất tiết lưu tăng

- Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng

HINH 1:SO DO CHU TRINH THẺ HIỆN VI TRI VA VAI TRO CUA THIET BI NGUNG

TU TRONG HE THONG LANH

- Công nén tăng, mô tơ có thé qua tải

- Độ an toàn giảm do áp suất phía cao áp tăng, rơ le HP có thê tác động ngừng máy nén, van

an toàn có thê hoạt động

- Nhiệt độ cao ảnh hưởng đến dầu bôi trơn như cháy dâu

1.3.2.Phân loại thiết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ có rất nhiều loại và nguyên lý làm việc cũng rất khác nhau Người ta

phân loại thiết bị ngưng tự căn cứ vào nhiều đặc tính khác nhau

- Theo môi trường làm mát

+ Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước Đề làm mát bằng nước cầu tạo của thiết bị thường

có dạng bình hoặc dạng dàn nhúng trong các bê

+ Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước và không khí Một số thiết bị ngưng tụ trong đó kết hợp cả nước và không khí đề giải nhiệt, trong thiết bị kiêu đó vai trò của nước và không khí

có khác nhau: nước sử dụng đề giải nhiệt cho môi chất lạnh và không khí giải nhiệt cho

nước Ví dụ như dàn ngưng tụ bay hơi, đàn ngưng kiêu tưới vv

+ Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí Không khí đôi lưu cưỡng bức hoặc tự nhiên

qua thiết bị và trao đôi nhiệt với môi chất

+ Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng chất khác Có thê thấy thiết bị kiểu này trong các hệ thống máy lạnh ghép tâng, ở đó dàn ngưng chu trình dưới được làm lạnh băng môi chât lạnh bay hơi của chu trình trên

- Theo đặc điềm cấu tạo:

+ Bình ngưng tụ giải nhiệt bằng nước

+ Dân ngưng tụ bay hơi

+ Dàn ngưng kiểu tưới

+ Dàn ngưng tụ làm mát bằng không khí

+ Dàn ngưng kiểu ông lồng Ống

+ Thiết bị ngưng tụ kiểu tâm ban

- Theo đặc điềm đối lưu của không khí:

+ Thiết bị ngưng tụ làm mát nhờ đối lưu tự nhiên

+ Thiết bị ngưng tụ làm mát nhờ đối lưu cưỡng bức

Ngoài ra có thể có rất nhiều cách phân chia theo các đặc điểm khác như: theo chiều chuyển động của môi chât lạnh và môi trường giải nhiệt Về câu tao cũng có nhiệt kiêu khác nhau như kiểu ngưng tụ bên ngoài bề mặt ống trao đối nhiệt, bên trong ông trao đổi nhiệt hoặc trên các bề mặt phăng

1.3.4.Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt đông : Gas từ máy nén được đưa vào bình từ 2 nhánh ở 2 đầu và bao phủ lên không gian giữa các ống trao đôi nhiệt và than bình Bên trong bình gas quá nhiệt trao đổi nhiệt với nước lạnh chuyên động bên trong các ống trao đôi nhiệt và ngưng tụ lại thành lỏng Long ngung tu bao nhiêu lập tức được chảy về bình chứa đặt dưới bình ngưng Một số hệ thống không có bình chứa cao áp mà sử dụng một phan bình ngưng làm bình chứa Trong trường hợp nay người ta không bồ trí các ống trao đôi nhiệt phần dưới của bình

Để lỏng ngưng tụ chảy thuần lợi phải có ống cân bằng nối phần hơi bình ngưng với bình chứa cao áp

1- Nap bình; 2- Ống xa khí không ngưng; 3 - Ống Cân bang; 4- Ong trao đổi

nhiệt; Š- Ống gas vào; Ó- Ống lap van an toan; 7- Ong lap áp ké ; 8- Ong xa

air của nước; 9- Ống nước ra; I0- Ống nước vào; | 1- Ống xa can; 12- Ong

lỏng về bình chứa

Hình 2 : Cấu Tạo Bình Ngưng Ong Chùm Nằm Ngang

CHUONG 2: THIET KE DAN NGUNG TU ONG CHUM VO BOC NAM NGANG 2.1 LUA CHON THONG SO BAN ĐẦU

Thiết bị ống chum vo boc nam ngang công suất 30KW, môi chất NH¡

Nhiệt độ ngưng môi chất: t, = 38°C

Nhiệt độ nước vào : ty = 30C

Các ông được bô trí so le nhau với các kích thước cụ

- _ Chiều đài ông: Lị =2500mm = 2.5m

- Chọn số hành trình là 2

2.2 TINH TOAN THIET KE CHUM ONG

2.2.1 TINH TOAN LAN 1

Chon k= 800W/m’d6

*Tinh nhiét độ trung bình logarit (°C)

Ta co: Atrp = €at Atranc Trong đó : e„: hệ số hiệu chỉnh nhiệt d6, d6i voi méi chat NH; giai nhiệt bằng nước thì

* Tính diện tích trao đối nhiệt F( m2, và số ống n

- Ta CÓ: Ox = EK Atrn

Trong đó: : hệ số tỏa nhiệt của nước (_Kcal/hm?độ)

= (0,5.10° —0,7.10° ) m’hd6/ kcal, ta chon = 0,6.10° (m*hd6/ kcal)

=0,2.10” (mhđộ/ kcal)

: chiều đày của ống thép = 2mm = 0.002 (m)

=45 — 55 W/mđệ, ta chọn = 50 W/ mđộ = 50 J⁄s = 43 (kcal/hmđộ)

: hệ số tỏa nhiệt của NH: (kcal/hm?độ)

- _ Tính hệ số tỏa nhiệt của nước :

Ta c6 : Qe =.C.( tr - ty)

g: luu luong khéi luong (kg/s)

C: nhiệt rung riêng của nước C = Ical/kgđộ = 4,186 KJ/ kgđệ

Lưu lượng khối lượng :

10

V6i: 1 = dy = 0,018 m ( vì nước chuyên đông trong ống nằm ngang )

Dodo: Rer= =6932,986 > 2320 => nude chay réi trong ống

Chuẩn số Nusel cho trường hợp nước chảy rỗi trong ông:

VớI: £s.eg=l

Vậy hệ sô tỏa nhiệt của nước là :

11

Với: /= dị = 0,018 m ( vì nước chuyền đông trong ông nằm ngang )

Do đó: Rer= =5277,033 > 2320 => nước chảy rối trong ống

Chuẩn số Nusel cho trường hợp nước chảy rỗi trong ông:

VớI: £s.eg=l

Vậy hệ sô tỏa nhiệt của nước là :

(Wmm?ä6)

= 1216,702 (kcal/hm”đệ) Vậy hệ số truyền nhiêt thực là:

(kcal/hmđệ)

13

Sai số: — = 6,418 % > 5 % => chưa được, ta tính lại lần 3

2.2.3 TINH TOAN LAN 3

V6i: 1 = dy = 0,018 m ( vì nước chuyên đông trong ống nằm ngang )

Do đó: Rer= =4333,116 > 2320 => nước chảy rỗi trong ống

Chuẩn số Nusel cho trường hợp nước chảy rỗi trong ông:

VớI: £s.eg=l

Vậy hệ sô tỏa nhiệt của nước là :

14

Chọn ống thép có kích thướt tiêu chuẩn sau: dr= 320 mm;d; = 328 mm

2.3.2.Tính toán kích thướt miệng ống thép dẫn nước nối với bơm, ống dẫn nước từ bơm tới tháp giải nhiệt

Đường kính trong của ông được tính theo công thức sau:

15

Trong đó: G -lưu lượng khối lượng (kg⁄s)

p -khối lượng riêng của nước (p = 1000kg/m`)

œ -vận tốc dòng chảy trong ông (m/$)

Ta co: @ =2+3 (m/s) đối với nước, ta chọn œ= 2 m/s

Mặt khác: G== = 1,433 (kg/S)

dy = = = 0,030212(m) = 30,212(mm)

Vì thực tế không có ống có kích thướt như trên nén ta chon 6ng c6 dr = 35,9 (mm)

Khi đó vận tốc thực của nước trong ống là:

œ === 1,416 (m/s) thoa man vậy đường kính ống nước cần chọn la: dr = 35,9 mm;dy = 42,3 mm (TL5-347)

2.3.3.Tính toán miệng vào và ra của môi chất cho thiết bi:

Tiết điện miệng hơi môi chất được tính như phân tính toán miệng của ông cong hay ống dẫn nước tuy nhiên thông số vận tốc có giá trị khác

a Miệng vào của hơi môi chất:

Có kích thướt giống như đường ống đây của máy nén:

Ta có: Chọn @ =20 (m/⁄s) (œ= 15 + 25 m/s, đối với gas NHạ) (TL5 -345)

Mặt khác: lưu lượng gas qua thiết bị là:

Từ công thức: Q=m*r => m= ==0.0271(kg/s)

dy = = = 0.012299(m) = 12,299 (mm) chọn đường kính trong ống bang 14 mm, khi đó:

16