Bài tậ: thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng docx

với các loại môi chất và thông số khác nhau .nhằm tìm hiểu tổng quan về các loại thiết bị trao đổi nhiệt hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thực tế.Tính toán chọn tbtdn nhằm nâng cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CHẾ BIẾN-BỘ MÔN KT LẠNH

BÀI TẬP THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

Bài tập: thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống cần làm nóng nước,lưu

lượng nước 6000kg/h , tv = 200C,tr = 900C ; hơi nước bảo hòa ts =1350C

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Đây là bài tập thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dành cho sinh viên lớp 50 nhiệt lạnh

ĐH Nha Trang,được sự hướng dẫn bởi thầy Trần Đại Tiến với các loại môi chất

và thông số khác nhau nhằm tìm hiểu tổng quan về các loại thiết bị trao đổi nhiệt hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thực tế.Tính toán chọn tbtdn nhằm nâng cao hiệu suất của thiết bị đồng thời tăng năng suất lanh,nhiệt.Như đã được biết tb trao đổi nhiệt là thành phần quan trọng không thể thiếu trong hệ thống lạnh của ngành chúng ta nhiệm vụ của nó là tải nhiệt từ chất mang nhiệt đến chất cần gia công nhiệt đi sử dụng

Bài tập mình được giao là :

thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống cần làm nóng nước,lưu lượng nước 6000kg , tv = 200C,tr = 900C ; hơi nước bảo hòa ts =1350C

vì vậy dưới đây mình xin được trình bày về thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống

Chương I : Tổng Quan Về Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt

I Phân Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt :

1 Phân Loại Theo Nguyên Lý Làm Việc Của Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt :

a) TBTĐN tiếp xúc (hay hỗn hợp), là loại TBTĐN trong đó chất gia công và môi

chất tiếp xúc nhau, thực hiện cả quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất, tạo ra một hỗn hợp Ví dụ bình gia nhiệt nước bằng cách sục 1 dòng hơi

b) TBTĐN hồi nhiệt, là loại thiết bị TĐN có mặt trao đổi nhiệt được quay, khi tiếp

xúc chất lỏng 1 mặt nhận nhiệt, khi tiếp xúc chất lỏng 2 mặt toả nhiệt Quá trình TĐN là không ổn định và trong mặt trao đổi nhiệt có sự dao động nhiệt Ví dụ: bộ sấy không khí quay trong lò hơi nhà máy nhiệt điện

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

c) TBTĐN vách ngăn, là loại TBTĐN có vách rắn ngăn cách chất lỏng nóng và

chất

lỏng lạnh và 2 chất lỏng TĐN theo kiểu truyền nhiệt Loại TBTĐN vách ngăn bảo đảm độ kín tuyệt đối giữa hai 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

d) TBTĐN kiểu ống nhiệt, là loại TBTĐN dùng ống nhiệt để truyền tải nhiệt từ

chất

lỏng nóng đến chất lỏng lạnh Môi chất trong các ống nhiệt nhân nhiệt từ chất lỏng

1, sôi và hoá hơi thành hơi bão hoà khô, truyền đến vùng tiếp xúc chất lỏng 2, ngưng thành lỏng rồi quay về vùng nóng để lặp lại chu trình Trong ống nhiệt, môi chất sôi, ngưng và chuyển động tuần hoàn, tải 1 lượng nhiệt lớn từ chất lỏng 1 đến chất lỏng 2

a Bình gia nhiệt hỗn hợp b Thùng gia nhiệt khí hồi nhiệt

c Bình ngưng ống nước d Lò hơi ống nhiệt

2 Phận Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Theo Sơ Đồ Chuyển Động Chất Lỏng (Với Loại Thiết Bị Có Vách Ngăn ):

a) Sơ đồ song song cùng chiều

b) Sơ đồ song song ngược chiều

c) Sơ đồ song song đổi chiều

d) Sơ đồ giao nhau 1 lần

e) Sơ đồ giao nhau nhiều lần

3 Phận Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Theo Thời Gian : Phân 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

4 Phân Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Theo Công Dụng :

− Thiết bị gia nhiệt dùng để gia nhiệt cho sản phẩm : như nồi nấu lò hơi

− Thiết bị làm mát để làm nguội sản phẩm đến nhiệt độ môi trường : như tháp giải nhiệt, binh làm mát dầu

− Thiết bị lạnh để hạ nhiệt độ sản phẩm đến nhiệt độ nhở hơn nhiệt độ môi trường : như tủ lạnh, tủ đông

I Một vài đặt điểm của thiết bị ống lồng ống:

Thực tế cho thấy rằng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống có cấu tạo rất gọn gàng do hiệu quả trao đổi nhiệt cao

chúng có các ưu điểm nổi trội sau:

- Thường được sử dụng để trao đổi nhiệt giữa các chất lỏng với nhau hoặc chất lỏng với môi chất đang sôi hay đang ngưng với khả năng trao đổi nhiệt lớn

- Cả hai môi chất khi chuyển động qua thiết bị đều chuyển động đối lưu cưỡng bức với tốc độ rất lớn nên thời gian đạt được yêu cầu trao đổi nhiệt sẽ giảm xuống

- Kết cấu gọn gàng, an toàn

Tuy nhiên, chúng có các nhược điểm sau:

các thi ết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống hiện nay chỉ là các ống

trơn có hiệu quả thấp, ít nhiều còn bị hạn chế, đặc biệt trong trường hợp ngưng tụ môi chất, ống trơn sẽ hạn chế khả năng ngưng tụ của môi chất Mặc khác, khi màng ngưng hình thành nó sẽ hạn chế quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng hơi và bề mặt vật rắn Trong các hệ thống Freon, hệ số tỏa nhiệt khi ngưng khá thấp, vì vậy cũng rất cần thiết phải có các biện pháp để nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt, đặc biệt là người ta sẽ làm cánh bên ngòai của ống trong để tăng cường khả năng tỏa nhiệt về phía môi chất.đối với thiết bị này còn nhược điểm nữa là chế tao hơi phức tạp và khó vệ sinh

* Trong thực tế, ta có các loại thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống có các dạng như sau:

Với các ưu điểm và nhược điểm trên ta thấy thiết bị dạng ống lồng ống là loại đang được sử dụng nhiều trên thị trường với tính ưu việc của nó

Chương II : Tính toán thiết kế thiết bị

I Các thông số ban đầu :

Nhiệt độ hơi vào : 1350C

Nhiệt độ nước vào : 200C

Nhiệt độ nước ra : 900C

Lưu lượng nước : 6000 kg/h

II thiết kế thiết bị ngưng tụ ống lồng ống :

A Tính toán chọn số ống cho 1 hành trình n’

 Nhiệt do nước thu vào:

.

Q m C t = ∆

Trong đó : m : khối lượng của nước (kg)

C : nhiệt dung riêng của nước (C = 1kcal/kgđộ = 4,186 kj/kgđộ)

Trong đó : k : hệ số truyền nhiệt

F : diện tích trao đổi nhiệt

0, 98.

ln

m tb

m

t

t t

 Số ống trong thiết bị :

Ta có : F n d L = n π

5, 22

30, 79 n 2 0,027

B Tính hệ số truyền nhiệt kt (tính theo vách phẳng)

1

T

th cc n h

1/8/2011 Page

3 0

3

0 W

2159,65( / ) 2159,65.10 ( / ) 0,6855(w / )

0,225 10 0,027 5 15394,6( / ) 13239,5( / )

2 2 ,

4 6

0,31328( / ) 0, 022 14 3600

3600 4

V

m s d

c) Tính chọn cc

δ

λ ; thép

δ λ3

vậy đường kính vỏ ngoài thiết bị là

 Tính toán miệng vào và ra của hơi:

a Miệng vào của hơi môi chất:

Ta có: Chọn ω = 20(m/s) (đối với hơi bảo hòa)

Và r = 2159,65(kj/kg) ; Q = 420000 (kcal/h) Mặt khác: lưu lượng gas qua thiết bị là:

m d

4.0, 226

16,9( / ) 1,705.3,14.0,1 = m s

b Kích thướt Miệng ra môi chất lỏng:

có kích thướt bằng kích thướt đường ống dẫn lỏng:

1/8/2011 Page

Ta có: Chọn ω = 1(m/s) (2) (ω = 0.5 ÷ 2m/s, đối với nước)

4

T

m d

Chương III: Tính trở lực thiết bị chọn bơm nước:

Trở lực chọn bơm được tính như sau:

H = ΔP TB + ΔP

Trong đó: ΔPTB – là trở lực tại thiết bị

ΔP – trở lực trên đường ống và các cua

ms

L P

1(1.821 lg Ref 1.64 )

ζ =

1(1,821 lg13331,2 1, 64)× − = 0,029

Ta có:

2 2 1

1

1

c

f k f

ξ = × − ÷

 

Trong đó: f1 =

2 14

d

π ×

=

23,14 0,0414

×

=0,00132 (m2);

f2 =

2 24

d

π ×

=

23,14 0,1924

Vì α = 300 nên ta có: k = 0.81

=> ζc = k (

11

c

n×ζ ρ ω×

=

2985,65 1,34

×

) = 0.184Tra bảng ta được: ζ = 0.45;

B.Trở lực trên đường ống và trên các cua:

H = ∆ + ∆ ptb pong + ∆ pcua= 0,254 + 15 = 15,254 (mH

Theo phần mềm chọn bơm của hãng EBARA ta chọn được bơm với thông số sau: Model: EVM4 3N/0.55

Năng suất: 1.67 (l/s)

Cột áp:15.6 mH2O

Hiệu suất: 54.1%

1/8/2011 Page

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1 Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy, Kỹ thuật lạnh cơ sở, Nhà xuất

bản giáo dục

2 Nguyễn Đức Lợi : Hướng Dẫn Thiết Kế Hệ Thống Lạnh – Nhà Xuất Bản

Khoa Học Kỹ Thuật

3 Hoàng Đình Tín : Truyền Nhiệt Và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –

Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật

4 PGS.TS Hoàng Văn Quý – GS.TS Nguyễn Cảnh Cầm, Bài tập thủy lực,

Nhà xuất bản xây dựng – 2007

5 Hoàng Đình Tín – Bùi Hải, Bài tập nhiệt kỹ thuật.