Tinh toan Thiet Bi Trao Doi Nhiet

LOGO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT HEAT EXCHANGER I Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt Căn vào nguyên lý làm việc, thiết bị trao đổi nhiệt phân thành loại sau: - Thiết bị trao đổi nhiệt dạng vách ngăn - Thiết bị trao đổi nhiệt dạng hồi nhiệt - Thiết bị trao đổi nhiệt dạng hỗn hợp - Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn - Trong thiết bị này, chất lỏng nóng chất lỏng lạnh truyền nhiệt cho thông qua vách ngăn (thường vách kim loại) a Thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc chùm ống - Loại thiết bị sử dụng phổ cập, cơng suất nhỏ sử dụng dạng ống lồng ống, cơng suất lớn sử dụng dạng vỏ bọc ống chùm Trong thiết bị chất lỏng chảy ống chất lỏng chảy ống Thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỏ bọc chùm ống CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT TBTĐN dạng ống lồng ống song song TBTĐN dạng ống lồng ống song song ngược chiều chiều Căn vào bố trí dịng chất lỏng nóng chất lỏng lạnh phân thành: Lưu động thuận chiều, lưu động ngược chiều, lưu động cắt lưu động phức tạp pass ngoài, pass ống pass ngoài, pass ống b Thiết bị trao đổi nhiệt loại có cánh Loại thiết bị thường sử dụng cường độ toả nhiệt loại chất lỏng lớn cịn chất bé, để tăng cường khả truyền nhiệt thiết bị (nó đồng nghĩa với việc thu gọn kích thước thiết bị) người ta làm cánh phía chất lỏng có cường độ toả nhiệt bé, phổ biến q trình trao đổi nhiệt khí chất lỏng giọt (cánh làm phía khí) c Thiết bị trao đổi nhiệt loại xoắn ốc - Trong loại chất lỏng nóng chất lỏng lạnh lưu động ngược chiều - Ưu điểm: - Sự chuyển động xoắn ốc làm tăng hệ số toả nhiệt rối loạn dòng, độ bám cáu 1/10 loại vỏ bọc ống chùm -Nhược điểm: - Vệ sinh khó khăn -Cần có áp suất đẩy chất lỏng lớn d Thiết bị trao đổi nhiệt dạng Thiết bị trao đổi nhiệt dạng gợn sóng -Loại thiết bị có nhiều dạng, gợn sóng tạo thành cánh tản nhiệt đồng thời có tác dụng gây nhiễu loạn dịng làm tăng cường độ toả nhiệt -Loại thường áp dụng cho trao đổi nhiệt khí-khí hệ số truyền nhiệt cải thiện rỏ rệt Ví dụ: thiết bị trao đổi nhiệt kiểu chùm ống cường độ 2o toả nhiệt khoảng 30W/m C 2o loại thiết bị đạt 300W/m C Thiết bị trao đổi nhiệt dạng dập sẵn lắp ghép -Loại thiết bị tạo bở số kim loại dập sẵn đường chuyển động chất lỏng sau ghép lại để tạo nên thiết bị trao đổi nhiệt, có lót lớp đệm để ép chặt chất lỏng khơng bị rị rỉ -Do có tạo hình khác nên hệ số truyền nhiệt trở kháng thuỷ lực khác tuỳ vào công nghệ chế tạo dập định hình -Thiết bị trao đổi nhiệt loại thường có hiệu suất cao, trở lực nhỏ, kết cấu chặt chẽ, lượng tiêu hao nguyên vật liệu thấp, tính linh hoạt sử dụng lớn, tháo lắp làm vệ sinh dễ dàng, thường dùng thiết bị sưởi ấm, thực phẩm, y tế, hoá học… 2.Thiết bị trao đổi nhiệt loại hồi nhiệt -Các bề mặt trao đổi nhiệt tiếp xúc với chất lỏng nóng nhận nhiệt từ chất lỏng nóng, sau mơt thời gian bề mặt lại tiếp xúc với chất lỏng lạnh để nhả nhiệt cho chất lỏng lạnh, đặc tính truyền nhiệt loại thiết bị có chu kỳ không ổn định -Do tiếp xúc chất lỏng nóng lạnh khơng tinh khiết loại nên loại không sử dụng rộng rải -Kết cấu chặt chẽ, đạt suất lớn nên thường sử dụng làm tháp sấy gió, sấy khơng khí lị nhà máyđiện Nhận xét: -Phương pháp độ chênh nhiệt độ trung bình logarit (LMTD) thuận lợi có hiệu biết nhiệt độ vào chất lỏng nóng chất lỏng lạnh ( biết t1' , t2' , t1" t2" ) - Trong số tốn thực tế khơng hồn tồn vậy, biết nhiệt độ vào chất lỏng nóng lạnh (t 1' , t2' ), hệ số truyền nhiệt k ước tính được, diện tích bề mặt F biết được, điều cần xác định nhiệt độ chất lỏng (t 1" , t2" ) dòng nhiệt Q Trong trường hợp này, sử dụng phương trình: khó xác định nhiệt độ trung bình logarit Phương pháp hiệu suất (phương pháp NTU) Trên quan điểm nhiệt động học, hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt định nghĩa sau: Q – Dịng nhiệt chất lỏng nóng truyền cho chất lỏng lạnh điều kiện cho Qmax– Dòng nhiệt tối đa hay số lượng nhiệt giả thuyết Giá trị Q tính từ phương trình cân nhiệt: G2cp2 ( t2" – t2' ) = G1cp1 ( t1' – t1" ) = C2 ( t2" – t2' ) = C1 ( t1' – t1" ) Để xác định Qmax truyền qua thiết bị trao đổi nhiệt trước tiên lấy chênh nhiệt độ cực đại thiết bị trao đổi nhiệt chênh nhiệt độ chất lỏng, điều có nghĩa là: ∆t max = t1' – t2' Sự truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt đạt cực đại khi: -Chất lỏng lạnh gia nhiệt nhiệt độ vào chất lỏng lạnh -Chất lỏng nóng bị làm nguội đến nhiệt độ vào chất lỏng lạnh Hai điều kiện xảy (C1 = C2) Ở đây: Số “1” dùng để chất lỏng nóng Dấu “ ' ” dùng để chất lỏng vào Số “2” dùng để chất lỏng lạnh Dấu “ " “ dùng để chất lỏng Trên thực tế đa số xảy trường hợp đương lượng khơng khí chất lỏng nóng chất lỏng lạnh khác (C # C2) nên chất lỏng có đương lượng khơng khí bé Cmin có biến thiên nhiệt độ lớn đạt cực đại điểm dừng Muốn đạt giá trị Qmax Trên thực tế thiết bị trao đổi nhiệt cần phải bố trí lưu động ngược chiều có diện tích trao đổi nhiệt (F) vơ lớn Do đó: Qmax = Cmin ( t1' – t2' ) Trong tính tốn thực tế hàm η=ƒ ( Cmin/Cmax , NTU) vẽ sẵn hình sau, ta việc tính Cmin/Cmax NTU = kF/Cmin tra giá trị η Khi sử dụng đồ thị tính tốn cần lưu ý: - Dịng chất lỏng gọi khơng xáo trộn chia thành dòng nhỏ chuyển động ống rãnh riêng biệt, ví dụ dịng chuyển động chùm ống, q trình chuyển động qua ống đó, chất lỏng từ ống xáo trộn với chất lỏng chuyển động ống - Dòng chất lỏng gọi xáo trộn khơng chia thành dòng nhỏ riêng lẻ rãnh ngăn, ví dụ dịng chảy bọc ngang bên ngồi chùm ống… Ghi chú: a) NTU = kF/Cmin Ċ = Cmin/Cmax (C = Gcp nên chất lỏng có Gcp lớn gọi Cmax Còn ngược lại gọi Cmin) b) Chất lỏng bị xáo trộn chất lỏng không bị xáo trộn thiết bị trao đổi nhiệt hiểu sau: -Trong thiết bị trao đổi nhiệt bố trí dạng chùm ống, chất lỏng chảy ngang qua chùm ống chất lỏng gọi chất lỏng xáo trộn, chất lỏng khác chảy dọc ống gọi chất lỏng không bị xáo trộn Căn vào khái niệm suy cho nhiều trường hợp khác thiết bị trao đổi nhiệt Bài tập: Một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống để làm nguội dầu với lưu lượng o o G1 = 1,512 kg/s, nhiệt dung riêng dầu cp = 2,09 kJ/kg C từ nhiệt độ t1’ = 65,6 C xuống o t1’’ = 42,2 C Chất lỏng lạnh nước có lưu lượng G = kg/s, nhiệt độ nước vào thiết bị o 2o t2‘ = 26,7 C, hệ số truyền nhiệt thiết bị ước tính khoảng k = 682 W/m C Tính diện tích truyền nhiệt thiết bị khi: Chất lỏng phía vỏ bọc pass Chất lỏng phía vỏ bọc pass Giải: o C1 = G1cp1 = 1,512 x 2,09 = 3,16 [kW/ C] o C2 = G2cp2 = x 4,18 = 4,18 [kW/ C] Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt xác định theo phương trình: η= Q 73,944 = = 0, Qmax 122,924 Qmax = Cmin ( t1' – t2' ) = 3,16 x (65,6 – 26,7) = 122,924 [kW] Q = C1 ( t1' – t1" ) = 3,16 x (65,6 – 42,2) = 73,944 [kW] Từ giá trị η = 0,6 Cmin 3,16 = = 0, 75 Cmax 4,18 Chúng ta tính diện tích truyền nhiệt theo trường hợp Cmin 3,16 = = 0, 75 Cmax 4,18 Chất lỏng phía vỏ bọc pass Từ đồ thị ta tìm giá trị kF = 1, Cmin 1, 7Cmin 1, 7.3,16.103 F= = = 7,88m k 682 Chất lỏng phía vỏ bọc pass Từ đồ thị ta tìm giá trị kF = 1,35 Cmin 1,35Cmin 1,35.3,16.103 F= = = 6, 26m k 682 LOGO Thank You ! ... thiết bị trao đổi nhiệt Căn vào nguyên lý làm việc, thiết bị trao đổi nhiệt phân thành loại sau: - Thiết bị trao đổi nhiệt dạng vách ngăn - Thiết bị trao đổi nhiệt dạng hồi nhiệt - Thiết bị trao. .. nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn Tính tốn nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt thường có u cầu là: -Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt -Tính tốn kiểm tra khả làm việc thiết bị trao đổi nhiệt... cho trao đổi nhiệt khí-khí hệ số truyền nhiệt cải thiện rỏ rệt Ví dụ: thiết bị trao đổi nhiệt kiểu chùm ống cường độ 2o toả nhiệt khoảng 30W/m C 2o loại thiết bị đạt 300W/m C Thiết bị trao