“ Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

biết được ưu nhược điểm các loại thiết bị trao đổi nhiệt nói chung và đặc điểm thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm nằm ngang nói riền. nguyên lí chưng luyện cồn trong tháp. cách tính toán để chưng cất được cồn theo % yêu cầu đề bài từ lượng cồn hỗn hợp. nguyên lý và các nguyên tắc chưng luyện cồn tỷ mỷ và rõ ràng, đầy đủ, dễ hiểu

Có rất nhiều cách như : trích ly ,kết tinh ,cô đặc,chưng cất,sấy… Tùy theo yêu cầusản phẩm mà ta lựa chon phương pháp phù hợp để đạt hiệu quả cao.

Bộ môn quá trình và thiết bị truyền khối cũng như đồ án 1 là một trong nhữngmôn học phục vụ tốt cho việc học tập, ngiên cứu khoa học Bởi nó giúp phần nàocác kỹ sư thực phẩm trong tương lai có thể giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể :công nghệ, thiết kế, chế tao,tìm hiểu kết cấu và nguyên lý làm việc của một thiết bịtrong quá trình sản xuất hóa thực phẩm

Với đề tài : “ Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm để ngưng tụ hơi cồn nồng độ 94% khối lượng, lưu lượng 8000kg/ngày bằng nước mát 30 ’’

Em chọn thiết kế thiệt bị trao đổi nhiệt ống chùm dạng nằm ngang, vừa có nhiều

ưu điểm lại phù hợp với công nghệ chưng cất cồn Qúa trình ngưng tụ cồn là quátrình quan trọng trong công nghệ sản xuất cồn, bởi lẽ là quá trình ngưng tụ sảnphẩm từ dạng hơi về dạng lỏng trước khi xả ra ngoài và hồi lưu chất lỏng về thápchưng để tăng hiệu suất

Trong quá trình làm đề tài dù có nhiều cố gắng nhưng về kiến thức chuyên môncòn chưa sâu khó tránh khỏi việc sai sót,rất mong các thầy góp ý kiến để giúp emhoàn thiện đồ án một cách tốt nhất

Em xin chân thành cảm ơn !

Ngành công nghiệp rượu của Việt Nam ra đời và hoạt động độc lập từ rất lâu, với

vị trí là một nghề thủ công truyền thống Nhiều làng nghề truyền thống đã nổi tiếngkhắp cả nước Các loại rượu truyền thống như rượu nếp, rượu cẩm, rượu cần được nấu bằng phương pháp thủ công cũng phổ biến không kém các loại rượu sản xuất công nghiệp

Năm 1858, khi những người Pháp đặt chân lần đầu tiên đến Việt Nam, ngành công nghiệp sản xuất rượu trải qua nhiều thay đổi lớn

Năm 1933 một số làng nghề truyền thống sản xuất rượu vẫn tiếp tục phát triển như

ở làng Vân (Bắc Giang), Làng Văn Điển (Hà Nội) và một số làng nghề mới phát

triển thêm như Xuân Lai (Sóc Sơn – Hà Nội), Quan Đình (Từ Sơn – Bắc Ninh), Đỗ

Xá (Hải Dương) v.v…

Tuy vậy cồn của các nhà máy của nước ta làm ra chưa đạt TCVN-71 song TCVN -71 về cồn rượu của nước ta cũng thuộc loại thấp so với các nước tiên tiến trên thế giới Hiện tại Việt Nam có 3 cơ sở làm ra cồn loại 1 thỏa mãn TCVN-71 đó là công

ty bia Đồng Xuân Phú Thọ,công ty rượu Hà Nội và Bình Tây

Trước tình hình đó,trong hội thảo “ Dự án chiến lược phát triển khoa học công nghệ ngành rượu bia nước giải khát” theo đề nghị của các chuyên gia đến năm

2005 nước ta nên có khoảng 180 đến 200 triệu lít rượu các loại tương đương

khoảng 50 triệu líc cồn tinh khiết.Muốn có cồn tinh thiết và chất lượng ca chúng taphải có hệ thống chưng luyện, ngưng tụ tốt và biết cách sử dụng nó

Ngày nay sản xuất còn đang là một thị yếu trên thị trường trong và ngoài nước bởi

nó dần được thay thế nguyên liệu xăng trên hầu hết các nước trên thế giới

1.2 Ứng dụng của cồn

Cồn còn được biết đến như là rượu êtylic, ancol etylic, rượu ngũ cốc …, là

màu, là một trong các rượu thông thường có trong thành phần của đồ uống chứacồn Trong cách nói dân dã, thông thường nó được nhắc đến một cách đơn giản

là rượu

Rượu etylic là một chất lỏng, không màu, trong suốt, mùi thơm dễ chịu và đặc trưng, vị cay, nhẹ hơn nước (khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15 ), dễ bay hơi

trong ete và clorofom, hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời Sở dĩ rượu etylic tan vô hạn trong nước và có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay aldehyde có khối lượng phân tử xấp xỉ là do sự tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử rượu với nhau và với nước.

Cồn dùng để điều chế một số hợp chất hữu cơ như axit axetic, dietyl ete, etyl

axetat Do có khả năng hòa tan tốt một số hợp chất hữu cơ nên Etanol được dùng

để pha vecni, dược phẩm, nước hoa Trong đời sống hàng ngày Etanol được dùng

để pha chế các loại đồ uống với độ ancol khác nhau Ngoài ra cồn còn được dung trong công nghiệp để làm chất đốt,cao su tổng hợp, sát trùng,sản xuất ,chữa

Cồn nói chung có rất nhiều ứng dụng trong thực tế tuy nhiên không chỉ là sản phẩm thực phẩm mà một mặt khác cồn còn là 1 sản phẩm có nguy cơ độc hại cao đối với cơ thể con người Vì vậy chúng ta phải biết khai thác và sử dụng có mục đích hợp lý.

2.VÀI NÉT VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển cùng với đó là yêu cầu về kỹ thuật của các sản phẩm càng cao.Vì thế các phương pháp nâng cao độ tinh khiết không ngưng được nâng cao và đổi mới hàng ngày như : cô đặc, chưng cất, hấp thụ, trích ly… Tùy theo đặc tính sản phẩm yêu cầu mà ta chọn phương pháp phù hợp Đối với hệ etanol-nước hệ 2 cấu tử để tách cồn và nước, nâng cao nồng độ cồn ta dung

phương pháp chưng cất

Chưng cất là quá trình dung để tách các cấu tử của hõn hợp lỏng cũng như hỗn hợpkhí thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp

Trong tháp chưng luyện hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ lên xuống Vì nhiệt

độ càng lên cao càng thấp nên hơi đi từ dưới lên trên qua các đĩa sẽ làm cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ bị ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh tháp thu được hỗn hợp hầu hết cấu tử dễ bay hơi Hơi qua khỏi tháp sẽ bị thiết bị ngưng tụ hoàn toàn, lượng lỏng ngưng tụ sẽ có 1 phần bị hồi lưu quay lại tháp

Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi từ dưới lên có nhiệt độ cao nên 1 phần cấu tử nhẹ dễ bay hơi Do đó càng xuống thấp nồng độ cấu tử khó bay hơi càng cao cuối cùng sản phẩm đáy thu được hoàn toàn là cấu tủ nặng Hỗn hợp này thu được ở đáy tháp sau đó đưa vào thùng chứa sản phẩm đáy

Như vậy tháp đã thực hiện quá trình chưng tách 2 cấu tử thành 2 sản phẩm cồn và nước riêng biệt nhờ quá trình chưng và luyện

2.1 Sơ đồ thiết bị chưng cất cồn

Chú thích:

1 thùng chứa hỗn hợp dầu 7 thiết bị làm sạch sản phẩm đỉnh

2 bơm 8 thùng chứa sản phẩm đỉnh

3 thùng cao vị 9 thiết bị gia nhiệt đáy tháp

4 thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 10 thùng chứa sản phẩm đáy

5 tháp chưng luyện 11 thiết bị tháo nước ngưng

6 thiết bị ngưng tụ hồi lưu

2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ

Hỗn hợp cồn-nước 94% cồn được chứa trong thùng chứa (1) và được bơm (2) bơmlên thùng cao vị (3) Mức chất lỏng cao nhất và thấp nhất của thùng cao vị được khống chế bởi của chảy tràn Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị tựđun nóng hỗn hợp đầu (4) quá trình này được theo dõi bởi đồng hồ lưu lượng Tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi nước bão hòa) gia nhiệt tới nhiệt độ sôi, sau khi đạt nhiệt độ hỗn hợp được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện loại tháp đệm (5)

Trong tháp hơi đi từ dưới lên trên tiếp xúc với chất lỏng đi từ tên xuống, tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi, 1 phần cấu tử dễ bay hơi chuyển từ pha lỏngvào pha hơi và 1 phần ít hơn chuyển từ pha hơi vào pha lỏng Theo chiều cao của tháp càng lên cao nhiệt độ càng thấp nên phần dưới là cấu tử có nhiệt độ bay hơi cao Trên đỉnh ta thu được hỗn hợp hơi gồm etanol chiếm tỷ lệ cao

Hơi đi vào thiết bị bị ngưng tụ (6) và được ngưng tụ hoàn toàn, thiết bị ngưng tụ với chất làm lạnh là nước với nhiệt độ vào là 30 nhiệt độ ra là 45 Một phần chất lỏng được ngưng đi qua thiết bị làm nguội (7) còn một phần được hồi lưu về tháp ởđĩa trên cùng

Chất lỏng đi từ trên xuống dưới gặp hơi có nhiệt độ cao hơn , 1 phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp: etanol được bốc hơi ra do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng, do đó ở đáy tháp hầu hết thu được hầu hết chất lỏng là nước dung dịch lỏng ra khỏi đáy tháp một phần đưa vào thiết bị nồi để đun bốc hơi cung cấp cho tháp,một phần được qua thiết bị làm nguội sau đó đưa vào bình chứa

Hệ thống làm việc liên tục cho etanol ở đỉnh tháp

3 THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

Thiết bị trao đổi nhiệt là phương tiện để tiến hành các quá trình trao đổi nhiệt giữa các chất tải nhiệt có nhiệt độ khác nhau

Căn cứ theo phương pháp làm việc người ta chia làm các loại thiết bị sau:

1 Loại gián tiếp: Nhiệt truyền từ chất tải nhiệt này tới chất tải nhiệt khác qua bề mặt phân cách ( bề mặt truyền nhiệt ):

3.Loại trực tiếp(hỗn hợp):Hai chất tải nhiệt tiếp xúc với nhau

4 Một số loại ống trao đổi nhiệt

3.1 Ống xoắn ruột gà

Cấu tạo: gồm các đoạn ống thẳng nối với nhau bằng ống khuỷu gọi là xoắn gắpkhúc hoặc các ống uốn cong theo hình ren ốc khi làm việc một chất tải đi trongống còn một chất tải khác đi bên ngoài ống- Đường kính của ống xoắn ruột gà thường không quá 100 mm.

- Ống 2 có tác dụng giảm dung tích của thiết bị để tăng vận tốc của lưu thể chuyển động bên ngoài ống xoắn ruột gà.

Ưu điểm:

-đơn giản , dễ chế tạo

-có thể dùng trao đổi nhiệt lỏng-lỏng, lỏng-hơi

-có thể điều chỉnh bề mặt truyền nhiệt bằng cách: lắp nhiều cụm ống xoắn có cùng đường kính hay đường kính khác nhau

-dễ kiểm tra và sửa chữa

-xoắn nên có tính đàn hồn nên khắc phục sự cố giãn nở tốt

Nhược điểm:

-khó làm sạch bên trong của ống ruột gà

-năng suất không lớn lắm

-lưu thể đi bên trong phải sạch hơn lưu thể bên ngoài

-ứng dụng rộng rãi trong quá trình vừa gia nhiệt vừa khuấy

-có thể làm sạch bề mặt trao đổi nhiệt ở không gian 2 vỏ bằng cơ học

Nhược điểm:

-việc bịt kín khó khăn và đắt tiền

-không chịu áp suất lớn

3.3 Ống lồng ống

Gồm nhiều đoạn nối tiếp vào nhau, mỗi đoạn có 1 ống lồng vào, ống trong này nối với ống trong kia, ống ngoài này nối với ống ngoài kia Khi làm việc 1 lưu thể đi phần giữa 2 ống, sự trao đổi nhiệt giữa 2 lưu thể xảy ra qua bề mặt ống trong bị bọc bởi ống ngoài

Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồngống

Ưu điểm:

-chịu được áp suất lớn

- cấu tạo đơn giản

-có khả năng làm sạch bề mặt truyền nhiệt trong ống

Nhược điểm:

-chiếm nhiều không gian hơn so với ống chum

- chỉ phù hợp truyền nhiệt lỏng lỏng

3.4 Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản:

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản được ghép từ nhiều tấm kim loại ép chặt vớinhau nhờ hai nắp kim loại có độ bền cao Các tấm được dập gợn sóng.Môi chấtlàm lạnh và nước giải nhiệt được bố trí đi xen kẽ nhau Cấu tạo gợn sóng có tácdụng làm rối dòng chuyển động của môi chất và tăng hệ số truyền nhiệt đồng thờilàm tăng độ bền của nó Các tấm bản có chiều dày khá mỏng nên nhiệt trở dẫnnhiệt bé, trong khi diện tích trao đổi rất lớn Thường cứ 2 tấm được hàn ghép vớinhau thành 1 panel khi lắp đặt

Ưu điểm:

-Do được ghép từ các tấm bản mỏng nên diện tích tảo đổi nhiệt khá lớn, cấu tạogọn.

- Dễ dàng tháo lắp để vệ sinh sửa chữa và thay thế Có thể thêm bớt một số panel

để thay đổi công suất giải nhiệt một cách dễ dàng

-Hiệu quả trao đổi nhiệt cao

Nhược điểm:

- Chế tạo khó khăn Cho đến nay chỉ có các hãng nước ngoài là có khả năng chếtạo các dàn ngưng kiểu tấm bản Do đó các phụ tùng thay thế và sữa chữa khôngsẵn có

-Khả năng rò rỉ đường nước khá lớn

4 THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG CHÙM

4.1 Giới thiệu

Với đặc tính kết cấu của nó,thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm diện tích trao đổi rất lớn, có thể tới hàng trăm hàng nghìn mét vông , hệ số trao đổi nhiệt cao Bởi vậy nó được sử dụng rất rộng rãi trong công nghệ hóa chất và thực phẩm

Chúng đều tuân theo một nguyên tắc cấu tạo là : gồm chùm ống lắp vào vỉ ống được bọc ngoài bằng vỏ hình trụ, hai đầu có nắp đậy trong thiết bị có hai không gian riêng biệt: một không gian gồm khoảng trống bên trong vỏ không bị ống chiếm chỗ ( khoảng không gian giũa vác vỉ ống) và không gian gồm phần rỗng ở trong các ống và hai không gian giới hạn giữa vỉ ống với nắp (không gian trong ống) trong mỗi không gian có một lưu thể chuyển động, chúng trao đổi nhiệt với nhau qua các thành ống truyền nhiệt

Nếu căn cứ vào vị trí của chúng thì chúng ta có thể chia thành các loại : ống chùm nằm ngang, thẳng đứng hay nằm ngiêng Nhưng nếu dựa vào kết cấu cụ thể ta có thể chia làm các loại sau đây : loại nắp cứng và loại nắp mềm

4.2 Nguyên lý hoạt động

Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm dựa trên nguyên lý trao đổi nhiệt giántiếp giữa hai lưu thể chuyển động bên trong và bên ngoài ống trao đổi nhiệt Đểtăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt, người ta tạo ra chiều chuyển động của lưu thểtrong và ngoài ống theo phương vuông góc hoặc chéo dòng Để phân phối lưu thểtrong và ngoài ống người ta tạo ra hai khoang để phân phối lưu chất trong và ngoàiống khác nhau.Lưu chất chảy ngoài ống được chứa trong vỏ trụ còn lưu chất chảytrong lòng ống được chứa khoang đầu và trong lòng ống.Toàn bộ bó ống được đặttrong vỏ trụ

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm

Sơ đồ minh họa nguyên lý hoạt động tổng quát thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm.

4.3 Cấu tạo chung của thiết bị trao đổi nhiệt

Cấu tạo chung thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm

4.3.1 Ống trao đổi nhiệt

Là thành phần cơ bản của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, bề mặt của chúng chính là bề mặt truyền nhiệt giữa hai lưu thể trong và ngoài ống các ống trao đổi nhiệt được gắn vào mặt sang bằng phương pháp nong hay hàn ống trao đổi nhiệt

thường bằng đồng hoặc bằng thép hợp kim Ngoài ra trong một số trường hợp ống trao đổi nhiệt được chế tạo từ hợp kim Niken, Titanium hoặc hợp kim nhôm Khi một lưu chất có hệ số truyền nhiệt thấp hơn nhiều so với chất kia Chọn thiết bị

có ống trao đổi nhiệt trơn hoặc ống được tăng cường bề mặt bằng các cánh Với kếtcấu ống này có tăng bề mặt trao đổi nhiệt so với ống trơn từ 2 đến 4 lần cho phép

bù lại hệ số truyền nhiệt ở phía ngoài ống

4.3.2 Mặt sàng ống

Mặt sàng ống Mặt sàng ống kép

Các ống được định vị cố định nhờ gắn chặt vào lỗ trên mặt sàng ống gắn trên mặtsàng bằng phương pháp làm biến dạng ống ( nong ống ) hoặc phương pháp hàn tùytheo dạng vật liệu chế tạo ống và mặt sàng, điều kiện hoạt động của thiết bị

Mặt sàng ống thường là một tấm kim loại phẳng hình tròn , được khoan lỗ theo kiểu bố trí thích hợp va soi rãnh để cố định ống ,lắp mặt đệm , bulong mặt bích …Trong quá trình gia công phải đảm bảo mối nối giữa ống và mặt sàng kín tránh rò

rỉ trộn lẫn hai lưu thể trong và ngoài ống để tránh hiện tượng này người ta thiêt kế mặt sàng kép Theo thiết kế này phần không gian giữa hai mặt sàng được thông vớimôi trường bên ngoài,khi xảy ra rò rỉ sẽ nhanh chóng được phát hiện trong trườnghợp ngay cả lưu chất rò rỉ ra bên ngoài cũng không được phép trộn lẫn vào nhau thì

sử dụng 3 mặt sàng nối tiếp nhau Khi đó, các chất nếu các lưu chất rò rỉ là các chấtđộc hại hay quý hiếm thì cần được thu hồi hay xử lý đúng quy trình

Ngoài ra mặt sàng phải đáp ừng được yêu cầu chống mòn với cả lưu chất trong vàngoài ống vật liệu chế tạo mặt sàng ống phải có tính chất tương đồng với vật liệu chế tạo ống và khoang chứa lưu chất trong lòng ống nhằm giảm thiểu hiện tượng

ăn mòn điện hóa do sự khác biệt vật liệu chế tạo các bộ phận của thiết bị gây ra

4.3.3 Vỏ và cửa lưu chất vào ra

Vỏ thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm là bộ phận chứa lưu chất bên ngoài ống trao đổinhiệt cửa lưu chất là nơi đưa lưu chất trao đổi nhiệt phía ngoài ống vào và ra khỏi thiết bị, chúng thường có tiết diện tròn được chế tạo từ thép tấm các thiết bị trao đổi nhiệt chúng có kích thước lớn, chế tạo từ thép có lượng C thấp nếu điều kiện cho phép để giảm giá thành, vật liệu hợp kim cũng được sử dụng khi thiết bị họa động trong điều liện ăn mòn và nhiệt độ cao

Tại cửa vào lưu chất, thường có 1 tấm chắn dòng đặt sát ngay dưới cửa vào Mục đích : chuyển hướng chuyển động của dòng lưu thể vào có vận tốc lớn có thể ảnh hưởng đến phần đầu của ống trao đổi nhiệt các ảnh hưởng của dòng có vận tốc lớnđập trực tiếp vào phần đầu ống trao đổi nhiệt gây ra hiện tượng xói mòn cơ học, hiện tượng khí xâm thực và gây rung động thiết bị để đủ không gian lắp đặt tấm chắn và không làm tổn thất áp suất dòng chảy lớn do việc lắp tấm chắn gây ra, một

số ống ở vị trí này có thể được loại bỏ để dành không gian thích hợp bố trí lắp đặt

Tiết diện vỏ và sơ đồ bố trí tâm chắn dòng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm

4.3.4 Khoang đầu và đầu đưa chất lỏng vào ra phía trong ống

Khoang đầu và các đầu dẫn lưu chất phía trong ống vào ra đơn giản là việc kiểm soát dòng lưu chất chảy chạy phía trong ống thường là các chất có tính ăn mòn cao hơn, vì vậy khoang đầu và đầu dẫn lưu chất thườngđược chế tạo từ vật liệu hợp kim Để giảm chi phí chế tạo, có thể chỉ tráng 1 lớp hợp kim bên ngoài các bộ phậnnày mà không nhất thiết phải chế tạo toàn bộ chi tiết bằng hợp kim

Khi thiết bị dùng 2 ngăn trở lên ta dùng ống chia khoang

Yêu cầu : đảm bảo số lượng ống ở mỗi khoang là như nhau để giảm thiểu chênh lệch áp giữa các khoang(giảm hiện tượng rò rỉ), đảm bảo bề mặt chịu nén là thích hợp lắp đặt vòng đệm,không quá gây khó khăn cho việc chế tạo và không làm ảnh hưởng đến chi phí chế tạo,vận hành và bảo dưỡng Một số dạng tấm chia khoang tiêu biểu:

Nếu lưu thể thiết kế với lưu thể lỏng chảy ngoài ống truyền nhiệt thì phần cắt của viên phân thường vào 20%-25% của đường kính còn lưu thể là dạng khí làm việc ở

áp suất thẩm thấu thì phần cắt khoảng 40%-45% nhằm giảm tối đa tổn thất áp suất của dòng chảy thiết bị

Khoảng cách giữa 2 vách ngăn kế tiếp phải được lựa chọn sao cho diện tích dòng chảy tự do qua cửa sổ giữa vách ngăn và vỏ ngoài phải sắp xỉ bằng tiết diện dòng chảy vuông góc chùm ống tạo ra giữa hai vách ngăn liên tiếp với dòng chảy vận tốc lớn , cấu hình vách ngăn đơn thường gây tổn thất áp suất lớn, vì vậy cấu hình với vách ngăn kép sẽ được sử dụng trong trường hợp này Cấu hình bố trí vách ngăn kép cho phép giảm tốc độ do đó giảm được tổn thất dòng chảy phía ngoài

Một số kiểu hình dạng và cách bố trí vách ngăn, chùm ống thông dụng ( dạng hình viên phân đơn )

Một số kiểu hình dạng và cách bố trí vách ngăn, chùm ống thông dụng (dạng hìnhviên phân kép)

Kiểu vách ngăn, cách bố trí vách ngăn và chùm ống sẽ làm thay đổi tốc độ cục bộ và hướng dòng chảy ngoài ống Một số sơ đồ dòng chảy tương ứng với kiểu và cách bố trí vách ngăn thông dụng được minh họa trong hình vẽ sau:

4.4 Một số lưu ý về vấn đề kỹ thuật

4.4.1.Ứng suất nhiệt

Các lưu thể chuyển động trong thiết bị trao đổi nhiệt thường có nhiệt độ khác nhau tương đối lớn, vì vậy mà nhiệt độ của các bộ phận, chi tiết của thiết bị trao đổi nhiệt tiếp xúc với các lưu thể này cũng khác xa nhau đặc biệt là giữa các ống trao đổi nhiệt và vỏ thiết bị

Nhiệt độ của các bộ phận,chi tiết trong thiết bị khác nhau do đó độ dẫn độ nhiệt cũng khác nhau Điều này dẫn tới sự di chuyển tương đối giữa các bộ phận với vị trí ban đầu và sinh ra các ứng suất dư cục bộ các chi tiết có chiều dài lớn là vỏ và ống trao đổi nhiêt bị ảnh hưởng của nhiệt độ càng lớn ứng suất nhiệt càng lớn khi nhiệt độ giữa 2 bộ phận này có chênh lệch càng lớn

Trong một số trường hợp hậu quả của ứng suất nhiệt gây ra là vỏ bình sẽ bị uốn cong hoặc các ống trao đổi nhiệt sẽ bị tuột ra khỏi mặt sàng ống vấn đề đặt ra làCần có giải pháp kỹ thuật để khắc phục ứng suất nhiệt do sự giãn nở nhiệt không đồng đều giữa ống chùm và vỏ thiết bị Dưới đây trình bày một số giải pháp đã được ứng dụng trong thực tế nhằm giảm ứg suất nhiệt gây ra

4.4.2 Một số giải pháp điển hình

+ vành bù giãn nở trên vỏ bình

Biện pháp này là tạo ra một vành bù giãn nở nhiệt trên vỏ của thiết bị trao đổi nhiệt tuy nhiên kết cấu này chỉ thích hợp với các thiết bị trao đổi nhiệt có kích thước nhỏ và hoạt động trong điều kiện áp suất thấp

+ ống hình chữ U

Kết cấu này cho phép chùm ống và than thiết bị giãn nở một cách độc lập nhờ đó không gây ra ứng suất dư do sự co kéo giữa các bộ phận tuy nhiên gây ra một số hạn chế : không cho phép thay thế một cách riêng rẽ các ống trao đổi nhiệt, không

vệ sinh được đoạn cong của ống khi bảo dưỡng điều này không thể chấp nhận trong một số ứng dụng

+ đầu ống tự do

Một đầu được ngoàm chặt cùng vỏ thiết bị còn đầu kia của chùm ống được thả tự

do được đưa vào sử dụng tùy ứng dụng mà có kết cấu khác nhau

Kết cấu đơn giản của thiết bị loại này là mặt sàng ống phía đầu tự do và mặt bích phải đủ nhỏ để có thể chuyển động tư do trong vòng vỏ thiết bị kết cấu này cho phép dễ làm sạch lòng ống và thay thế ống một cách độc lập mà không cần phải đưa chùm ống ra khỏi vỏ thiết bị tuy nhiên kết cấu này có nhược điểm: số ống trong thiết bị bị giảm đi so với thiết bị khác có cùng đường kính vỏ( dành không gian cho đầu bích tự do)

4.4.3 Một số yêu cầu kỹ thuật khác

*mối ghép bích

Được dùng phổ biến trong các thiết bị sản xuất hóa chất và dầu mỏ cũng như ở các đường ống dẫn lỏng hoặc khí

Yêu cầu:

1,các mối ghép bích phải thật kín ở áp suất và nhiệt độ của môi trường nhất là thiết

bị hoặc đường ống có chứa các chất độc và chất dễ cháy

2,mối ghép bích phải bền và lâu hỏng

3,thuận tiện tháo nhanh,nắp nhanh

4,đảm bảo chế tạo hàng loạt

5,giá thành rẻ

Các loại mặt bích : mặt bích đúc,mặt bích hàn hay mặt bích rèn liền với thân …

Độ kín mối ghép do vật đệm quyết định,đệm được làm bằng vặt liệu mềm, dễ biến dạng, căn cứ vào nhiệt độ, áp suất,tính chất môi trường chọn vật liệu thỏa mãn yêu cầu

Yêu cầu vật đệm:

1,đủ độ dẻo và dễ bị biến dạng khi bị nén

2,trong thời gian làm việc độ dẻo không bị biến đổi

3,bền đối với môi trường trong thiết bị hay đường ống

Là thiết bị phổ biến để chế tạo các thiết bị hóa chất và dầu mỏ làm việc ở áp suất

dư lên đến 10N/m2 hoặc ở áp suất khí quyển và ở chân không

Chú ý khi chế tạo:

-tổng chiều dài các mối hàn khi hàn là nhỏ nhất

-các mối hàn dọc hay ngang cần phải giáp mối

*vỉ ống

Một trong các chi tiết cơ bản của thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm để giữ chặt 2 đầu ống

Theo hình dáng chia ra vỉ ống hình tròn,hình vuông,hình vành khăn…phổ biến hơn

cả là vỉ ống hình tròn phẳng,hình cầu hoặc elip…cấu tạo từ phôi tấm,ngoài ra có thể đục,vật liệu phải bền với cứng hơn vật liệu làm ống