Chương 7: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT. I . Tính toán thiết kế thiết bò ngưng tụ . Thiết bò ngưng tụ là thiết bò trao đổi nhiệt trong đó hơi môi chất thải nhiệt cho môi trường và chuyển đổi trạng thái từ hơi sang lỏng . Có nhiều loại thiết bò ngưng tụ có kết cấu và nguyên tắc hoạt động khác nhau, nhưng phù hợp và hiệu quả nhất ở kho lạnh làm đông này ta chọn loại bình ngưng ống chùm vỏ bọc nằm ngang. Dựa vào các thông số của máy nén , nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay hơi , nhiệt độ nước vào và ra đã tính toán được ở các phần trên ta tính toán thiết bò ngưng tụ. Các thông số cần thiết như sau :đường kính piston D=95mm Hành tình piston S=76mm Số xylanh Z=8 , tốc độ n =10001200 vòng /phut Nhiệt độ ngưng t k = 40 0 C, nhiệt độ bay hơi t 0 =-35 0 C Nhiệt độ nước vào t W1 =30 0 C, nhiệt độ nước ra t W2 =35 0 C Cơ sơ ûcủa phương pháp tính. Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt F trên cơ sở chọn giá trò kinh nghiệm của hệ số truyền nhiệt k. Sau đó chọn đường kính trong và đường kính ngoài của ống chùm , tiếp theo tính hệ số truyền nhiệt thực k t , so sánh giữa giá trò của k vừa chọn và gia trò của k t tính được nếu sai số không quá 5% thì chấp nhận được , nếu sai số lớn hơn thì phải tính lặp trở lại . lưu lượng khối lượng thực tế của NH 3 . Lưu lượng thực tế của NH 3 là lưu lượng hơi qua máy nén cao áp . Vậy G = m 3 = 0,055kg/s = 198kg/h Hình - 7 : Nguyên lý cấu tạo thiết bò ngưng tụ . 1- đường nối van an toàn. 2- Ống nối đường ống cân bằng với bình chứa. 3- Hơi amoniac vào. 4- p kế. 5- Đường nối van xả khí không ngưng. 6- Van xả khí ở khoang nước. 7- Đường nước làm mát ra. 8- Đường nước làm mát vào. 9- Van xả nước. 10- Đường gass lỏng ra. Tính nhiệt lượng do NH 3 nhả ra. Q NH3 =G.r 1 r là nhiệt ẩn hoá hơi của NH 3 tại nhiệt độ ngưng. Với t k = 40 0 C tra bảng các tính chất vật lý của NH 3 lỏng có r =263kcal/kg Q NH3 =198.263 = 52074 kcal/h Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn ngưng. - Tính độ chênh nhiệt độ trung bình. C t t tt t mã mã tb 0 min min 2,7 3540 3040 ln )3540(3040 ln - Tính F Theo bảng 8-6 sách HDTKHTL có k =300 1000 kcal/m 2 K Chọn k = 700 kcal/m 2 K 2 3 33,10 2,7.700 52074 . m tk Q F tb NH Chọn ống trao đổi nhiệt cho bình ngưng : - Đường kính ngoài d a =25mm - Đường kính trong d i =20mm - Diện tích cho 1m chiều dài ống f a =0,0785m 2 /m , f i = 0,0628 Tính số ống trao đổi nhiệt cho dàn ngưng: Ta có công thức :F = . d a .n .l Chọn chiều dài ống là l = 1,5m 88 5,1.025,0.14,3 33,10 ld F n a ống , chọn 90 ống Bố trí số pass ( số ngoặc của dòng chất lỏng đi trong ống ) là 10 pass. Số ống 1 pass : 9 10 90 ' n ống Tính hệ số truyền nhiệt thực. - Tốc độ chuyển động của nứơc. m n f G m n fG 22 2 22222 C tt t WW f 0 12 5,32 2 3530 2 2 , tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hoà có 2 =995kg/m 3 , C p2 =4,174kJ/kgđộ. Ta có phương trình cân bằng nhiệt Q = G 1 .r 1 = G 2 . C p2 .t tb = Q NH3 hkg Ct Q G pw NH /10455 5. 186,4 174,4 52074 . 2 3 2 sm /1 9.3600.10.20.14,3.995 10455.4 2 32 2 . Từ các thông số d i /l = 20.10 -3 /1,5 = 0,0133 , t f2 = 32,5 0 C , 2 = 1m/s , d i = 0,02m tra đồ thò hình 1-1 ta có 2 =4100kcal/m 2 h. Tính 1 bằng cách dùng đồ thò. Độ chênh nhiệt độ t = t f1 – t W1 = 1 2 0 C , chọn t = 2 0 C. Từ các thông số t k =40 0 C , d a =0,025m , t = 2 0 C tra đồ thò hình 1-2 có 1 =12000kcal/m 2 hK Hình - 8 :Đồ thò tra giá trò 2 Hình –9 : Đồ thò tra giá trò 1 - Tính k t Do tỉ số d 2 /d 1 1,4 nên hệ số truyền nhiệt thực k t có thể tính như vách phẳng Ta có 21 11 1 i i t k , I , I bao gồm các lớp thép, cặn , dầu. Trong đó lớp cặn có ( /) căn =(0,1 0,3 ).10 -3 m 2 hK/kcal . lấy ( /) căn =0,3. 10 -3 m 2 hK/kcal lớp dầu ( /) dầu =(0,50,7). 10 -3 m 2 hK/kcal, lấy (/) dầu = 0,6. 10 -3 m 2 hK/kcal. Lớp bề dày của ống thép có = ½(d a – d i )= 0,0025m , = 45W/mK. hKmKcalk t 2 33 /5,728 4100 1 45 163,1.0025,0 10.6,010.3,0 12000 1 1 So sánh giữa k = 700kcal/m 2 hK đã chọn ở trên và k t ta thấy sai khác không quá 5% vậy k ta đã chọn là hợp lý. Ta bố trí ống trên mặt sàng ( tấm lắp ống )theo hình lục giác đều , số lục giác đều bố trí là : 97,4 6 3390.12 6 3312 n m Chọn m = 5 , vậy còn thiếu 1 ống , ta có thể không bố trí một ống ở giữa lục giác đầu tiên. - Khoảng cách giữa các ống : s =1,3d 2 = 1,3.25 =32,5 mm - Đường kính trong của ống vỏ : D = mm n S 380 8,0 90 .5,32.1,1 1,1 với =0,8 là hệ số điền đầy ống của mặt sàng. Lấy D = 400mm. . Chương 7: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT. I . Tính toán thiết kế thiết bò ngưng tụ . Thiết bò ngưng tụ là thiết bò trao đổi nhiệt trong đó hơi. thái từ hơi sang lỏng . Có nhiều loại thiết bò ngưng tụ có kết cấu và nguyên tắc hoạt động khác nhau, nhưng phù hợp và hiệu quả nhất ở kho lạnh làm đông này ta chọn loại bình ngưng ống chùm. 0,055kg/s = 198kg/h Hình - 7 : Nguyên lý cấu tạo thiết bò ngưng tụ . 1- đường nối van an toàn. 2- Ống nối đường ống cân bằng với bình chứa. 3- Hơi amoniac vào. 4- p kế. 5- Đường nối van xả khí