Đề 15 tính toán calorife hơi nước cho thiết bị sấy

Tính toán calorife hơi nước cho thiết bị sấy. Biết không khí vào thiết bị calorife có nhiệt độ t’1 = 30 oC, sau đốt nóng và ra khỏi calorife có nhiệt độ t”1 = 70 oC. Biết lượng nhiệt cần nung nóng không khí trong 1h là Q = 24,2 kW, hơi nước từ lò hơi là hơi là hơi bão hòa khô ở áp suất p = 1,2 bar.

Đề 15 Tính toán calorife hơi nước cho thiết bị sấy Biết không khí vào thiết bị calorife có nhiệt

độ t’1 = 30 oC, sau đốt nóng và ra khỏi calorife có nhiệt độ t”1 = 70 oC Biết lượng nhiệt cần nung nóng không khí trong 1h là Q = 24,2 kW, hơi nước từ lò hơi là hơi là hơi bão hòa khô ở áp

suất p = 1,2 bar

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN CÁC LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

CHƯƠNG 2 : ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA

CALORIFE HƠI NƯỚC

2.1 Cấu tạo

Theo dữ liệu đầu bài đã cho, ta sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống có cánh có cấu tạo như hình dưới

Thiết bị sẽ gồm 4 bộ phận cơ bản là

1. Ống góp hơi

2. Cánh trao đổi nhiệt

3. Dàn ống

4. Ống góp nước ngưng

2.2 Nguyên tắc hoạt động

Trong thiết bị này, môi chất là nước sẽ chuyển động bên trong ống, không khí nóng chuyển động bên ngoài làm bay hơi môi chất Các cánh trao đổi nhiệt được gắn ở bên ngoài ống giúp làm tăng

hệ số trao đổi nhiệt α

2.3 Ứng dụng của thiết bị

Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống có cánh được sử dụng rất rộng rãi trên thị trường như bộ hâm nước trong thiết bị sấy, thiết bị đung nóng nước trong ống lò sưởi hơi nước, dàn ngưng tụ trong máy lạnh, thiết bị làm lạnh không khí FCU, …

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ

1 Lượng hơi cần cung cấp

Theo đề bài ta có lượng nhiệt cần nung nóng không khí trong 1h Q= 24,2 kw

Coi hiệu suất thiết bị là 100% thì lượng nhiệt mà hơi nước cần để truyền cho không khí Qc :

Qc = Q= 24,2 kw

Lượng hơi cần từ lò hởi G h ở p=1,2 bar ( từ bảng hơi nước theo p= 1,2 bar ta có nhiệt hóa hơi r=2244 kj/kg và nhiệt độ ngưng tụ tN = 105 0C

Gh= = = 0,0107 kg/s = 0,0107.3600= 38.52 kg/h

2 Tính nhiệt và thiết kế calorife

Chọn ống thép = mm, ống xếp so le bước ống ngang s1= 1,8d2 , bước ống dọc s2= 1,6d2 Cánh bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt λc=110 W/m.K, đường kính cánh dc = 49 mm, bước cánh sc =3,5

mm, chiều dầy cánh δc = 1 mm

Diện tích bề mặt ngoài các ống có cánh F2

F2 =

Vì ở đây hơi nước ngưng trong ống ở p= const nên nhiệt độ ngưng tụ tN = const và độ chênh lệch nhiệt độ trung bình cùng chiều, ngược chiều hay cắt nhau là như nhau và tính như sau:

Vì vậy phải tính theo trung bình logarit :

∆t = =52,5 oc

Hệ số truyền nhiệt k ứng với diện tích bề mặt ngoài có cánh F2 được tính khi bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của vách ống :

kF2 = Với cánh tròn, hệ số làm cánh được xác định :

Hơi ngưng trong ống đứng được tính như là ngưng bên ngoài ống đứng, ta có :

0.25

Từ bảng 7 phụ lục- Các thông số của nước trên đường bão hòa, theo nhiệt độ tN = 105oC ta có :

• ρ= 955 kg/m3

• λ= 0.684 W/m.K

• µ= 271 10-6 Ns/m2

Giá trị nhiệt hóa hơi như trên từ bảng 2- PL theo p= 1,2 bar ta có r = 2244.103 J/kg

Ta nhận thấy hệ số tỏa nhiệt ngưng hơi sẽ rất lớn ngược lại hệ số tỏa nhiệt của không khí có giá trị nhỏ, vậy hiệu nhiệt độ hơi ngưng và bề mặt ống ∆tN = tN - tw là rất nhỏ so với hiệu nhiệt độ giữa nhiệt độ bề mặt ống và nhiệt độ không khí ∆tkk = tw – tk vì phải đảm bảo: ∆tN =∆tkk Vậy ở đây ta thử chọn ∆tN = 0,2 oC, ta có khi chọn chiều cao ống H= 1m :

0,25

Hệ số tỏa nhiệt của không khí bên ngoài ống α2 = αc ηs

Trong đó αc – hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh được xác định theo

αc = C .( )-0,375 Pr0,33

Ở đây ống bố trí so le nên C= 0,45, ngoài ra :

Re =

ω - tốc độ tại khe hẹp của cánh được xác định :

ω =

- tốc độ không khí vào calorife, chon =1,3 m/s, chiều cao cánh h, khoảng cách giữa 2 cánh t, số cánh ứng với 1m chiều dài ống nc :

• t = = 3,5 -1 = 2,5 mm

Ta có

ω=

Với nhiệt độ trung bình của không khí tkk = 0,5 (30+70)=50 oC, theo bảng 4 PL- Thông số vật lí của không khí ta có :

• ν= 17,95 10-6 m2/s

• λ= 0,0283 W/m.K

• ρ= 1,093 kg/m3

• Pr= 0,698

Vậy ta có :

Re= =

F02- diện tích bề ngoài ống không cánh với chiều dài 1m :

F02 = = 3,14.0,028.1=0,088 m2

F2= F0+ Fc

F0 = πd2.t.n0= 3,14.0,028 0,0025.286= 0,0629 m2

Fc= 2.(= 0,7261 m2

F2= 0,0629 + 0,7261 = 0,789 m2

= = 8,97

= 0,45 0,625 8,97-0,375 0,6980,33

= 42 W/m2.K Đến đây khi coi W/m2.K ta kiểm tra việc chọn ∆tN = 0,2 0C để tính như sau : ∆tN =∆tkk ( coi ∆tkk =

0C )

∆tN = = 0C

Ở đây ta có thể coi ∆tN= 0,2 và không phải tính lại vì giá trị thay đổi ít bị ảnh hưởng tới hệ số truyền nhiệt

Hệ số hiệu quả cảnh

ta được = 0,94

Vậy ta có :

•

• kF2 = = 39 W/m2.K

Khi kể tới bám bụi và cặn bẩn của không khí và hơi nước ta có hệ số truyền nhiệt với chọn hệ só bám bẩn ϕ =0,85 :

= ϕ kF2= 0,85 39= 33 W/m2.K Vậy diện tích bên ngoài ống có cánh F2:

F2= = = 15,4 m2 Diện tích mặt trong các ống F1

F1 = = m2

Với chiều cao ống hay chiều dài ống như đã chọn ở trên H=1 m, ta có tổng các ống n :

n=

Khi chọn số hàng ống z= 3 trong đó hơi vào theo ống góp trên qua 3 hàng ống xuống ống góp nước ngưng ở dưới ta có số ống trong một hàng ống m :

m= ≅ 7 Tổng số ống thực tế n= m.z= 21 ống

3 Tính trở kháng thủy lực của không khí

Không khí chuyển động cắt ngang qua chùm ống gồm 3 hàng ống có cánh xếp so le Ở đây trở lực của không khí được tính gần đúng theo các quan hệ sau :

∆p= ξ.ρ z z- số hàng ống, ở đây z=3, ω- tốc độ tại khe hẹp của không khí, ở đây ω=4 m/s ; ρ- khối lượng riêng của không khí, ở đây ρ= 1,093 kg/m3 ; ξ- hệ số trở lực được xác định gần đúng với chùm ống so le có cánh tròn :

ξ = 0,72 Re-0,245 (+ 2) 0,9 ()0,9 (-0,1 = 0,457 Vậy ∆p= 0,457.1,093 3= 12 Pa