bài tập thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt [link tải bản vẽ dưới phần mô tả]

link bản vẽ: https://drive.google.com/file/d/0B6-UeUfyAP6cbDV4WGRuT3FKTmc/view?usp=sharing bài tập thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt (thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống cần làm nóng nước, lưu lượng nước 7000kg , tv = 200C, tr = 900C ; hơi nước bảo hòa ts =1350C)

BÀI TẬP THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

Bài tập được giao : thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng

ống cần làm nóng nước, lưu lượng nước 7000kg , tv = 200C, tr = 900C ; hơi nước bảo hòa ts =1350C

LỜI NÓI ĐẦU

Trong đời sống sinh hoạt hay trong công nghiệp, chúng ta luôn gặp yêu cầu cần làm nóng hay làm nguội một chất lỏng hoặc chất khí nào đó, thiết bị nhằm thực hiện yêu cầu này được gọi là thiết bị trao đổi nhiệt Chất lỏng hay chất khí tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt được gọi là chất mang nhiệt hay môi chất Quá trình làm nóng hay làm lạnh môi chất phụ thuộc rất nhiều vào việc tính toán, lựa chọn thiết bị trao đổi nhiệt sao cho phù hợp với mục đích sử dụng.

Trong môn học “ Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt ” dưới sự giảng dạy và hướng dẫn của “ T.S Trần Đại Tiến ” Tôi được giao bài tập lớn về tính toán và thiết kế thiết bị ống lồng ống để làm nóng nước bằng hơi bảo hòa ngoài ra còn có phần tinh toán chọn bơm cho hệ thống

Bài tập thiết kế này rất bổ ích đối với chúng ,cho chúng ta thấy được quy trình để thiết kế một thiết bị và từ một thiết bị đó chúng ta vận dụng để thiết kế những thiết bị khác,chúng ta có thể so sánh nó với các thiết bị trên thi trường hiện nay và từ đó để có xu hướng thiết kế những thiết bị phục vục đúng nhu cầu của việc sử dụng.

Tôi chân thành cảm ơn giảng viên phụ trác“Trần Đại Tiến

”hướng dẫn tôi làm bài báo cáo này Báo cáo này chắc không thể tránh khỏi những thiếu xót Tôi mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp từ giảng viên để báo cáo này được hoàn thiện hơn.

Tác giả

Trương Minh Quỳnh

Chương I : Tổng Quan Về Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt

II Phân Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt :

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

a. Thiết bị trao đổi nhiệt tiếp xúc ( hay hỗn hợp )

b Thiết bị trao đổi nhiệt dạng hồi nhiệt ví dụ : bộ sấy không khí quay trong

lò hơi nhà máy nhiệt điện

c Thiết bị trao đổi nhiệt vách ngăn

d Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu 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

III Cấu tao , nguyên lí làm việc ,ưu nhược điểm của một số thiết bị trao đổi nhiệt :

1 Loại võ bọc :

a Cấu tạo

Hình1: thiết bị võ bọc

b Nguyên lí hoạt động:

• Quá trình truyền chất tải nhiệt sẽ được đưavào khoảng trống giữa hai lớp

vỏ để thực hiện đun nóng hay làm nguội

• Chiều cao của vỏ ngoài không được thấp hơn mực chất lỏng trong thiết bị.

• Để tăng hiệu suất truyền nhiệt người ta thường đặt thêm cánh khuấy.

c Ưu , nhược điểm:

- Ưu điểm : Chế tạo đơn giản, dễ vận hành,dễ bảo dưỡng sửa chữa

- Nhược điểm :Hệ số truyền nhiệt không cao,thiêt bị cồng kềnh

c Ưu nhược điểm:

- Ưu điểm : tạo bề mặt trao đổi nhiệt lớn

- Nhược điểm : chế tạo phức tạp, hệ số truyền nhiệt nhỏ, khó làm sạch phíatrong ống

3 Loại ống tưới

a Nguyên lí làm việc:

- Chất lỏng tưới bên ngoài thường là nước, chảy lần lượt từ ống trên xuốngống dưới rồi chảy vào máng

- Mật độ tưới khoảng 200 -1500 l/h/1m chiều dài của ống tưới dãy trên cùng

- Chất tải nhiệt sẽ đi bên trong các ống

b Ưu ,nhược điểm,ứng dụng :

• Ưu điểm:

- Lượng nước làm lạnh ít, cấu tạo đơn giản, dễ làmsạch bề mặt ngoài,

dễ thay thế, sửa chữa

• nhược điểm:

- Cồng kềnh, lượng nước không được tưới đều trên bề mặt ống

• ứng dụng :

- Thường dùng làm thiết bị làm lạnh và ngưng tụ

4. Dạng ống chùm:

a Cấu tạo :

- Có vỏ hình trụ, bên trong lắp các ống traođổi nhiệt

- Trên vỏ và nắp thiết bị có các cửa để dẫn chất tải nhiệt vào và ra

- Các ống trao đổi nhiệt bên trong có thể bố trí theo hình lục giác đều, hìnhtròn đồng tâm, hình vuông

Hình 3 :thiết bị dạng ống chùm

b Nguyên lí hoạt động:

- Hai môi chất trao đổi nhiệt với nhau thông qua vách ống

- Môi chất lỏng thường đi trong ống, môi chất khí và hơi đi ngoài ống Môichấtnóng cũng thường được bố trí đi trong ống

- Dùng làm bình ngưng tụ và hơi môi chất, bình bốc hơi cho máylạnh làm bình quá lạnh

5 Dạng tấm:

a Cấu tạo:

- Có thành phần cơ bản là các tấm trao đổi nhiệt cơ bản

- Bề mặt gồm nhiều tấm xếp lên một khung đỡ, bên trong có các khe rãnh

- Đảm bảo hệ số truyền nhiệt cao với hiệu sốtrở kháng thủy lực thấp

- Thiết bị gọn nhẹ, chi phí chế tạo thấp

- Làm việc đáng tin cậy, không bị rò rỉ

- Kết hợp hài hòa giữa lắp đặt và bảo dưỡng thiết bị

- Chất tải nhiệt một đi giữa hai ống, chất tải nhiệt hai đi trong ống trong.

- Chuyển động của môi chất thường được bố trí ngược chiều nhau

c Ưu, nhược điểm ,ứng dụng:

- Hay dùng đun nóng nước,làm mát dầu…

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 : 7000 kg/h

II. Tính toán : (thiết kế thiết bị ngưng tụ ống lồng ống )

 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):

74, 6115

lnln

45

m tbnc

m

t t

F n

T

th cc n h

m s d

c r Nu

k: hệ số sắp xếp ống k (0, 7 0,85) chọn k 0,8 a: hệ số (vì sắp xếp song song nên chọn a 1,13)

2 20.(1,5.0, 027)

0,8

 Tính toán miệng vào và ra của hơi:

1 Miệng vào của hơi môi chất:

Chọn:

ω = 20(m/s) (đối với hơi bảo hòa)

r = 2159,65(kj/kg)

Q = 490000 (kcal/h)Mặt khác: lưu lượng hơi qua thiết bị là:

  = 4.0, 2638 2 19, 7( / )

1, 705.3,14.0,1  m s

2 Kích thướt Miệng ra môi chất lỏng:

Có kích thướt bằng kích thướt đường ống dẫn lỏng:

m d

  



Trong đó :



  (2*)Trong đó:

 Tổn thất tại vị trí chuyển tiếp mở rộng : ( có hai vị trí)

Hình 9: biểu diễn đoạn ống loe

2 2

.2

1

c

f k f

    

(4*)Trong đó:

1:

f tiết diên của phía nhỏ

2 2

2 1

G

m s f

 Tổn thất tại vị trí chuyển tiếp thu hẹp : (có hai vị trí )

Hình 10:biểu diễn đoạn ống thu hẹp

Ta có:

1 2

230 4,6 50

d

d  

Tra bảng ta được: (4*)

ζc = 0.25

2 2

.2

0.0076

0,18 0.0415

Công suất bơm: 0.692 KwNăng: 13,10 kg

Hình 14: biểu diễn cấu tạo của bơm

Hình 16 :biểu diễn đường công suất bơm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

(1*): Tác giả : Bùi Hải – Trần Thế Sơn

Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội

(4*): PGS.TS.Hoàng Văn Quý – GS.TS.Nguyễn Cảnh Cầm

Bài Tập Thủy Lực

Nhà Xuất Bản Xây Dựng