rong công nghiệp đặc biệt công nghiệp hóa chất dầu khí, thiết bị trao đổi nhiệt có ý nghĩa vơ quan trọng việc tăng, giảmhoặc trì nhiệt độ dịng cơng nghệ giá trị thích hợp Bởi cơng nghiệp hóa học nhiều trình cần tiến hành điều kiện nhiệt độ xác định hiệu trình chất lượng sản phẩm đảm bảo Và thiết bị trao đổi nhiệt có nhiệm vụ thực q trình đun nóng, làm nguội làm lạnh Ngồi ra, thiết bị trao đổi nhiệt cịn góp phần trực tiếp gián tiếp giảm chi phí vận hành nhà máy nhờ khả tận dụng nhiệt thừa từ q trình cơng nghệ, từ giảm tiêu hao lượng chung toàn nhà máy Thiết bị trao đổi nhiệt đóng vai trị lớn nên để tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt đáp ứng đầy đủ yêu cầu công nghệ dây chuyền đạt hiệu cao cần thiết Vì vậy, sở kiến thức học chương trình đào tạo kỹ sư máy hóa, em thực đề tài tốt nghiệp: nghiên cứu, ứng dụng tiêu chuẩn TEMA phần mềm aspen để cải tiến phương pháp tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm thiết bị phổ biến sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến (Bìa) SV : Hồng Anh Dũng – Máy hóa K56 LỜI MỞ ĐẦU Trong công nghiệp đặc biệt công nghiệp hóa chất dầu khí, thiết bị trao đổi nhiệt có ý nghĩa vơ quan trọng việc tăng, giảmhoặc trì nhiệt độ dịng cơng nghệ giá trị thích hợp Bởi cơng nghiệp hóa học nhiều trình cần tiến hành điều kiện nhiệt độ xác định hiệu trình chất lượng sản phẩm đảm bảo Và thiết bị trao đổi nhiệt có nhiệm vụ thực q trình đun nóng, làm nguội làm lạnh Ngồi ra, thiết bị trao đổi nhiệt cịn góp phần trực tiếp gián tiếp giảm chi phí vận hành nhà máy nhờ khả tận dụng nhiệt thừa từ q trình cơng nghệ, từ giảm tiêu hao lượng chung toàn nhà máy Thiết bị trao đổi nhiệt đóng vai trị lớn nên để tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt đáp ứng đầy đủ yêu cầu công nghệ dây chuyền đạt hiệu cao cần thiết Vì vậy, sở kiến thức học chương trình đào tạo kỹ sư máy hóa, em thực đề tài tốt nghiệp: nghiên cứu, ứng dụng tiêu chuẩn TEMA phần mềm aspen để cải tiến phương pháp tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm thiết bị phổ biến sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Mặc dù cố gắng kiến thức hạn hẹp chưa có kinh nghiệm thực tế nên đồ án em cịn nhiều sai sót hạn chế Em mong nhận đóng góp bảo thầy cô để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Vũ Đình Tiến tận tình hướng dẫn bảo em suốt trình thực đề tài tốt nghiệp NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… Mục lục CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊTRAO ĐỔI NHIỆT 1.1 Giới thiệu 1.2 Tổng quan thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp 1.2.1 Giới thiệu .2 1.2.2 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống 1.2.3 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống xoắn ruột gà 1.2.4 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống tưới .6 1.2.5 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm 1.2.6 Thiết bị trao đổi nhiệt hai vỏ 10 1.2.7 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu 12 1.3 Các phương pháp tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp .13 1.3.1 Tính tốn theo hiệu số nhiệt độ trung bình logarit ∆Ttb 13 1.3.2 Tính toán theo NTU 14 1.3.3 Ví dụ 18 1.4 Định hướng nghiên cứu đồ án 20 CHƯƠNG - GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN VÀ PHẦN MỀM TÍNH TỐN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 21 2.1 Giới thiệu tiêu chuẩn TEMA 21 2.1.1 Thân vỏ 24 2.1.2 Phần đầu phần sau 25 2.1.3 Ống 26 2.1.4 Vỉ ống 26 2.1.5 Vách ngăn 27 2.1.6 Thanh giữ vách ngăn 29 2.1.7 Tấm ngăn thân vỏ 29 2.1.8 Tấm ngăn chia lối phần đầu phần sau 30 2.1.9 Đệm bịt kín 30 2.1.10 2.2 Rung động thiết bị 31 Giới thiệu phần mềm Aspen Exchanger Design and Rating Pvelite32 2.2.1 Aspen Exhanger Design and Rating 32 2.2.2 PVelite .33 CHƯƠNG - PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG CHÙM 34 3.1 Mục đích 34 3.2 Trình tự tính tốn 34 3.2.1 Giới thiệu sơ đồ tính tốn 34 3.2.2 Bước 1: Lựa chọn kiểu thiết bị 34 3.2.3 Bước 2: Lựa chọn chất tải nhiệt 40 3.2.4 Bước 3: Lựa chọn chế độ thủy động 42 3.2.5 Bước 4: Tính tốn cân nhiệt 44 3.2.6 Bước 5: Thông số vật lý lưu thể 45 3.2.7 Bước 6: Tính hiệu số nhiệt độ trung bình logarit ∆Ttb .46 3.2.8 Bước 7: Giả sử hệ số truyền nhiệt K’ 49 3.2.9 Bước 8: Tính diện tích trao đổi nhiệt 51 3.2.10 Bước 9: Chọn loại ống, kích thước cách xếp ống .52 3.2.11 Bước 10: Tính số ống .55 3.2.12 Bước 11: Tính đường kính vỏ 56 3.2.13 Bước 12: Lựa chọn vách ngăn 59 3.2.14 Bước 13: Tính hệ số cấp nhiệt đối lưu bên ống .61 3.2.15 Bước 14: Tính hệ số cấp nhiệt đối lưu ngồi ống 69 3.2.16 Bước 15: Tính hệ số truyền nhiệt K .73 3.2.17 Bước 16: Kiểm tra sai số K K’ 75 3.2.18 Bước 17: Tính tổn thất áp suất .75 3.2.19 Bước 18: Kiếm tra tổn thất .79 3.2.20 Bước 19: Tính tốn khí 79 CHƯƠNG - MỘT SỐ VÍ DỤ TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG CHÙM 80 4.1 Ví dụ – Hai lưu thể khơng chuyển pha 80 4.1.1 Yêu cầu toán 80 4.1.2 Giải toán .80 4.2 Ví dụ – Một lưu thể chuyển pha 98 4.2.1 Yêu cầu toán 98 4.2.2 Giải toán .99 4.3 Ví dụ – Hai lưu thể chuyển pha 117 4.3.1 Yêu cầu toán 117 4.3.2 Giải toán 118 CHƯƠNG - KẾT LUẬN 137 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bề dầy tối thiểu thân thiết bị loại R theo TEMA 24 Bảng 2.2 Bề dầy tối thiểu thân thiết bị loại C - B theo TEMA 24 Bảng 2.3 Áp suất tối đa cho phép phần sau W .26 Bảng 2.4 Bề dầy tối thiểu vỉ ống 26 Bảng 2.5 Chiều dài lớn ống không cần cố định vách ngăn 27 Bảng 2.6 Bề dầy tối thiểu vách ngăn thiết bị loại R .28 Bảng 2.7 Bề dầy tối thiểu vách ngăn thiết bị loại C - B 28 Bảng 2.8 Kích thước tối thiểu giữ vách ngăn thiết bị loại R 29 Bảng 2.9 Kích thước tối thiểu giữ vách ngăn thiết bị loại C -B 29 Bảng 2.10 Bề dầy ngăn chia lối .30 Bảng 3.1 Phân loại thiết bị theo TEMA .38 Bảng 3.2 Ưu nhược điểm số chất tải nhiệt thường dùng .40 Bảng 3.3 Khoảng giá trị vận tốc hợp lý số lưu thể [1,9] 44 Bảng 3.4 Một số giá trị hệ số truyền nhiệt K tham khảo[6,637] 50 Bảng 3.5 Hệ số cấp nhiệt đối lưu số lưu thể 51 Bảng 3.6 Hệ số K1 n1 [2,649] 57 Bảng 3.7 Tỉ lệ đường kính vỏ - bó ống thiết bị kettle .59 Bảng 3.8 Giá trị hệ số truyền nhiệt nhiệt trở lớp cáu cặn số lưu thể 74 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống Hình 1.2 Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruột gà Hình 1.3 Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn thường gặp Hình 1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt ống tưới với dàn ống trơn Hình 1.5 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm vỉ ống cố định Hình 1.6 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm vỉ ống di động .9 Hình 1.7 Thiết bị trao đổi nhiệt hai vỏ 11 Hình 1.8 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu .12 Hình 1.9 Đồ thị nhiệt độ dịng xi chiều ngược chiều 14 Hình 1.10 Đồ thị hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt với lưu thể song song .17 Hình 1.11 Đồ thị hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với 2,4,6 lối 17 Hình 1.12 Đồ thị hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt với lưu thể chéo dòng 17 Hình 2.1 Ký hiệu phần thiết bị theo chuẩn TEMA 22 Hình 2.2 Một số thiết bị theo tiêu chuẩn TEMA 23 Hình 2.3 Các kiểu liên kết bích nửa phần sau S 25 Hình 2.4 Liên kết phần sau S .26 Hình 3.1 Trình tự bước tính tốn 35 Hình 3.2 Các phần đầu thiết bị theo TEMA 36 Hình 3.3 Các loại vỏ thiết bị theo TEMA 37 Hình 3.4 Các phần sau thiết bị theo TEMA 38 Hình 3.5 Đồ thị mối quan hệ ε = f(R,S) vỏ từ lối trở lên [2,657] .48 Hình 3.6 Các kiểu xếp ống thiết bị .53 Hình 3.7 Cách chia số lối lưu thể 55 Hình 3.8 Khoảng cách thân vỏ - bó ống [2,646] 58 Hình 3.9 Các loại vách ngăn 60 Hình 3.10 Tấm lưới cố định ống Rod baffle 60 Hình 3.11 Dịng chảy ngồi ống qua vách ngăn kích thước khác 61 Hình 3.12 Hệ số jh phía ống [2,665] 64 Hình 3.13 Dòng lưu thể ngưng tụ ống nằm ngang 65 Hình 3.14 Mơ hình chuyển động lưu thể ống nằm ngang .66 Hình 3.15 Mối liên hệ hệ số cấp nhiệt với chuẩn số Re, Pr [2,712] 68 Hình 3.16 Hệ số jh ngồi ống [2,673] 70 Hình 3.17 Hệ số jf ống [2,668] 76 Hình 3.18 Hệ số jf ngồi ống [2,674] 78 ... kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm - Xây dựng phương pháp tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm - Tính tốn số thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm CHƯƠNG - GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN VÀ... sử dụng bích Phần đầu để lưu thể ống vào thiết bị chia ngăn thiết bị chia lối lưu thể ống c) Ống trao đổi nhiệt Ống trao đổi nhiệt thành phần thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, bề mặt ống trao. .. cụ để kiểm chứng Hiện thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm quy chuẩn hóa theo tiêu chuẩn: TEMA thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm hay ASME/ANSI tiêu chuẩn khí,… Và kèm theo cơng cụ phần mềm hỗ trợ AspenONE,