CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

IV. Tính sơ bộ khối lượng tháp

CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

I. THIẾT BỊ ĐUN SƠI DỊNG NHẬP LIỆU

Chọn thiết bị gia nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ớng chùm. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước 25 x 2 mm

 Đường kính ngoài: dn = 25mm = 0,025m

 Đường kính trong: dtr = 0,021 m

 Bề dày ớng: t = 2mm = 0,002 m Chọn :

Dòng nhập liệu đi trong ớng có nhiệt đợ: tv = 300C. Nhiệt đợ ra: tr = 95,594 Hơi đớt là hơi nước có áp suất 2,5 at

Tra bảng I.125 trang 314 STTB tập 1

 Nhiệt hóa hơi: rH2O = rn = 2189500 J/kg

 Nhiệt đợ sơi: tH2O = tn = 126,25 0C Quá trình truyền nhiệt là ổn định

Từ phương trình Newton – Furie Q = K.tlog, ( W)

Trong đó:

K: Hệ sớ truyền nhiệt, W/m2.đợ F: Bề mặt trao đổi nhiệt, m2

tlog: Hệ sớ nhiệt trung bình của chất tải nhiệt ở hai bên bề mặt tường, 0C

1. Hệ số nhiệt trung bình:

Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: tlog = =

= = 57,33 0C

2. Hệ số truyền nhiệt:

K = Trong đó:

n : Hệ sớ cấp nhiệt của hơi đớt, W/m2.đợ

F : Hệ sớ cấp nhiệt dòng nhập liệu, W/m2.đợ : Nhiệt trở qua thành ớng và lớp cáu

3. Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu.

qt = , W/m2.đợ

Trong đó

tF1 : Nhiệt đợ của vách tiếp xúc với hơi đớt phía vỏ, 0C

: Nhiệt đợ của vách tiếp xúc dòng nhập liệu trong ớng, 0C

= + r1 + r2

Bề dày thành ớng: t = 0,002m

Hệ sớ dẫn nhiệt của thép khơng rỉ: t = 16,3 W/m.đợ[Tra bảng XII.7 trang 313 STTB tập 2]

Nhiệt trở lớp bẩn trong ớng: r1 = m2.đợ/W (Tra bảng 31 trang 419 [4])

Nhiệt trở lớp cáu trong ớng: r2 = m2.đợ/W (Tra bảng 31 trang 419 [4])

= = 4,95.10-4 m2.đợ/W

a. Xác định hệ sớ cấp nhiệt của dịng nhập liệu trong ớng

Nhiệt đợ trung bình của dòng nhập liệu đi trong ớng: tf = (tv + tr) = (30 + 95,954) = 62,8 0C Khới lượng riêng của benzen: B = 833,06 (kg/m3) Khới lượng riêng của toluen : T = 825,2 (kg/m3) Khới lượng riêng của dòng nhập liệu là:

+ =

=> F = 827,93 (kg/m3)

Đợ nhớt của benzene: B = 0,379.10-3 (N.s/m2) Đợ nhớt của toluene : T = 0,372.10-3 (N.s/m2)

LogB = logB + (1 - )logT

= 0,35.log(0,379.10-3) + (1-0,35).log(0,372.10-3) Đợ nhớt của hỡn hợp: F = 0,374.10-3 (N.s/m2)

Hệ sớ dẫn nhiệt của benzen: B = 0,135 (W/m.đợ) Hệ sớ dẫn nhiệt của toluen : T = 0.127 (W/m.đợ) Hệ sớ dẫn nhiệt hỡn hợp : F = 0,129 (W/m.đợ) Nhiệt dung riêng của benzene: CB = 1944, 7 J/kg.0C Nhiệt dung riêng của toluene : CT = 1911,2 J/kg.0C Nhiệt dung riêng của hỡn hợp là:

CF = CB. F + (1 - F). CT

CF = 1944,7.0,35 + (1-0,35).1911,2 = 1922,93 J/Kg.0C Vận tớc dòng nhập liệu trong ớng:

= = 19,12 (m/s) Chuẩn sớ Reynolds:

ReF = = = 888851,5

Ta thấy : Re > 10000 chế đợ chảy rới Nu = 0,021.1.Re0,8.Pr0,43.()0,25

1: Hệ sớ chỉnh phụ thuợc vào Re và tỉ lệ đường ớng L và đường kính d của ớng

Khi < 104 và > 50 1 = 1

Pr = = = 5,58

Nu = 0,021.1.888851,5 0,8. 5,580,43. ()0,25

Hệ sớ cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh ngoài ớng

F =

b. Hệ sớ cấp nhiệt của hơi nước đi ngồi ớng n = 0,725.

Dùng phép lặp: chọn tF1 = 123 0C

tm = .(tn + tF1) = (126,25 + 123) = 124,625 0C Tại nhiệt đợ này thì:

Khới lượng riêng của nước: n = 939,6 kg/m3

Đợ nhớt của nước: n = 0,223.10-3 m2/s

Hệ sớ dẫn nhiệt của nước: n = 0,684 W/m2.đợ

n = 17441,1 W/m.đợ

qn = n(tn – tF1) = 17441,1.(126,25 – 123) = 56683,5 W/m2

qt = qn = 56683,5 W/m2

tF2 = tF1 - qt = 123 - 56683,5.4,95.10-4 = 98,5 0C Tại nhiệt đợ tF2 = 98,5 0C

Khới lượng riêng của benzen: B = 794,65(kg/m3)

Khới lượng riêng của toluen: T = 789,5(kg/m3)

Khới lượng riêng của dòng nhập liệu là:

= + = + => = 791,3 (kg/m3) => = 791,3 (kg/m3)

Đợ nhớt của benzen: B = 0,265 x 10-3 ( N.s/m2)

Đợ nhớt của toluen: T = 0,275 x 10-3 ( N.s/m2)

= 0,35.log(0,265.10-3) + (1-0,35).log(0,275.10-3)

Hệ sớ dẫn nhiệt của benzene: 0,129 (W/m.đợ) Hệ sớ dẫn nhiệt của toluene : 0,119 (W/m.đợ) Hệ sớ dẫn nhiệt của hỡn hợp: 0,123 (W/m.đợ) Nhiệt dung riêng của benzene: 2113,63 (J/kg.0C)

Nhiệt dung riêng của toluene: 2063,25 (J/kg.0C)

Nhiệt dung riêng của hỡn hợp là:

= 2113,63.0,35 + (1-0,35).2063,25 = 2080,9 J/kg.đợ = 4,6 Nu = 0,021.1.888851,50,8.5,580,43)0,25 = 3260,35 = = 19096,33 (W/m2.đợ) = 19682,05 (98,5 – 95,954) = 55493,93

Kiểm tra sai số:

. 100% = . 100% = 2,1% < 5% ( thỏa )

Kết luận: chọn 0C và = 98,5 0C Vậy hệ sớ truyền nhiệt:

K = = 1744,02 (W/m2.đợ)

F = = = 18,5 m

5. Cấu tạo thiết bị

Sớ ớng truyền nhiệt n = 187 ớng.

Chiều dài ớng truyền nhiệt: L = = 0,78 m Chọn L = 3m

Sớ ớng trên đường chéo: b = 15 ớng => Bước ớng: t = 30 (mm) = 0,03 (m)

Đường kính vỏ thiết bị: D = t(b-1) + 4 = 0,03.(15-1) + 4.0,025 = 0,52 m

Tính bề dày thân trụ của tháp

CHƯƠNG 6: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG