THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH

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

Chọn chiều dài ớng L = 1,5 m

•Đường kính ngoài: Dn = 0,025m

•Đường kính trong: Dt = 0,021m

•Bề dày ớng: t = 0,002m Chọn:

Nước làm lạnh đi trong ớng: 270C nhiệt đợ ra: 400C

Nhiệt đợ đầu của sản phẩm đỉnh: tn = 80,557 0C

Quá trình truyền nhiệt là ổn định. Từ phương trình Newton – Furie

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. Hiệu số nhiệt độ trung bình

tlog = = = = 46,76 0C

2.Hệ số truyền nhiệt:

Hệ sớ truyền nhiệt K được tính theo cơng thức như với tường phẳng: 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

tF2 : Nhiệt đợ của vách tiếp xúc dòng nhập liệu trong ớng, 0C = + r1 + r2

Bề dày thành ớng: t

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

3.1. Xác định hệ sớ cấp nhiệt của nước đi trong ớng

Nhiệt đợ trung bình của dòng nhập liệu đi trong ớng: tf = (tv + tr) = ( 27+40) = 33,50C

Tại nhiệt đợ này thì:

Khới lượng riêng của nước: 993,95 kg/m3

Đợ nhớt của nước: = 0,75 x 10-3 m2/s

Hệ sớ dẫn nhiệt của nước: 0,627 W/m.đợ Chuẩn sớ pradtl: Prn =5

Chọn: vận tớc nước đi trong ớng: 0,6 m/s Sớ ớng: n = = = 146,3 ớng

Tra bảng VII trang 48 STTB tập 2 chọn n = 169 ớng vận tớc thực tế của nước trong ớng:

= 0,51 m/s

Chuẩn sớ Reynolds: Ren = = 14193,6

Nu = 0,021.0,25

Hệ sớ hiệu chỉnh phụ thuợc vào Re và tỉ lệ đường ớng L và đường kính d của ớng. Khi < 104 và > 50 1 = 1

Pr: chuẩn sớ Prandtl của nước ở 33,5 0C Pr = 5

Prt: chuẩn sớ Prandtl của nước ở nhiệt đợ trung bình của vách

Nu = 0,021 .0,25

3.2. Xác định hệ sớ cấp nhiệt của hơi ngưng tụ ngồi ớng.

Điều kiện:

• Ngưng tụ hơi bão hòa

• Khơng chứa khơng khí khơng ngưng

• Hơi ngưng tụ ở mặt ngoài ớng

• Màng chất ngưng tụ chảy tầng

• Ống nằm ngang

Áp dụng cơng thức V.111 trang 30 [5]. Đới với ớng đơn chiếc nằm ngang

Với sớ ớng n = 169 ớng thì sớ đường chéo của hình sáu cạnh b =15.

Hệ sớ phụ thuợc vào cách bớ trí ớng và sớ ớng trong mỡi dãy thẳng đứng 0,7

Hệ sớ cấp nhiệt trung bình của ớng chùm: = 0,7.

Dùng phép lặp: chọn = 60,5 0C

Nhiệt đợ trung bình của màng chất ngưng tụ: = .(80,557 + 60,5) = 71,0450C

Tại nhiệt đợ này thì:

Khới lượng riêng của benzen: 824,4 (kg/m3)

Khới lượng riêng của toluen: 816,96 (kg/m3)

Khới lượng riêng của dòng nhập liệu là:

=> = 71,045 (kg/m )

Đợ nhớt của benzene: = 0,349.10-3 (N.s/m2)

Đợ nhớt của toluene: = 0,347.10-3 (N.s/m2)

= 0,98.log(0,349.10-3) + (1-0,98)log(0,347.10-3 )

Đợ nhớt của hỡn hợp: = 0,349.10-3 (N.s/m2)

Hệ sớ dẫn nhiệt của benzen: = 0,129 (W/m.đợ) Hệ sớ dẫn nhiệt của toluen: = 0,121(W/m.đợ) Hệ sớ dẫn nhiệt của hỡn hợp: = 0,129 (W/m.đợ) Ẩn nhiệt ngưng tụ: r = = 392,852 (kJ/kg)

= 1725,9 (W/m2.đợ) = 1208,1 (W/m2.đợ) 1208,1.(80,557-60,5) = 24231,65(W/m2) = 24231,65 (W/m2) 60,5 - 24231,65.4,95.10-4 = 48,5 0C Nu = 0,021 . 1 . 14193,60,8 . 50,43 . ()0,25 55,63 = = 1654,85 (W/m2.đợ) = 1644,85 (48,5 – 33,5) = 24882,75 Kiểm tra sai sớ:

Kết luận: chọn C và C Vậy hệ sớ truyền nhiệt: K = = 518,93 (W/m2.đợ)

4. Bề mặt truyền nhiệt.

F = = = 67,7 (m2)

5. Cấu tạo thiết bị

Sớ ớng truyền nhiệt n = 301 ớng.

Chiều dài ớng truyền nhiệt : L = = 3,112 (m) Sớ ớng trên đường chéo: b = 19 ớng

Bước ớng: t = 0,03

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

I. THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐỈNH

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

Chọn chiều dài ớng L = 1,5 m

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

 Đường kính trong: = 21mm = 0,021m

 Bề dày ớng: = 2mm = 0,002m

Chọn:

Nước làm lạnh đi trong ớng: = 270C. Nhiệt đợ ra: = 400C Nhiệt đợ đầu, cuới của sản phẩm đỉnh: = 80,5570C, t2 = 350C Quá trình truyền nhiệt là ổn định.

Từ phương trình Newton-Furie Q = K.F. (W) Trong đó:

F: Bề mặt trao đổi nhiệt, m

: Hiệu sớ nhiệt trung bình của chất tải nhiệt ở hai bên tường. 0C

1. Hiệu số nhiệt độ trung bình:

Chọn kiểu truyền nhiệt ngược nên: tlog = = =

= = 20,06 0C

2. Hệ số truyền nhiệt:

Hệ sớ truyền nhiệt K được tính theo cơng thức như được tính với tường phẳng: K =

Trong đó:

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

: Hệ sớ cấp nhiệt dòng sản phẩm đỉnh, W/m2.đợ : Nhiệt trở qua thành ớng và lớp cáu

3. Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu

= , W/m2.đợ Trong đó:

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

: Nhiệt đợ của vách tiếp xúc dòng sản phẩm đỉnh trong ớng, 0C = +

Bề dày thành ớng: = 2mm = 0,002m

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

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

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

3.1 Xác định hệ sớ cấp nhiệt của nước đi trong ớng Nhiệt đợ trung bình của dòng nước đi trong ớng: = ) = 27 + 40 ) = 33,5 0C

Tại nhiệt đợ này:

Khới lượng riêng của nước: = 993,95 kg/m3

Đợ nhớt của nước: = 0,75 . 10-3 m2/s

Hệ sớ dẫn nhiệt của nước: = 0,627 W/m.đợ Chuẩn sớ pradtl: = 5

Chọn: vận tớc nước đi trong ớng: = 0,5 m/s Chuẩn sớ Reynolds

= = 13915,3 Ta thấy Re > 10000 chế đợ chảy rới

Nu = 0,021.0,25

: Hệ sớ chỉnh phụ thuợc vào Re và tỉ lệ đường ớng L và đường kính d của ớng. Khi < 104 và > 50

= 1

Pr: Chuẩn sớ pradtl của nước ở 33,5 0C

: Chuẩn sớ pradtl của nước ở nhiệt đợ trung bình của vách Nu = 0,021.13915,30,8..50,43.(0,25

3.2 Xác định hệ sớ cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh ngoài ớng. Nhiệt đợ trung bình của dòng nước đi trong ớng:

.(80,557 + 35) = 57,780C

Tại nhiệt đợ này:

Khới lượng riêng của benzene: = 838,44 (kg/m3)

Khới lượng riêng của toluene: = 830,12 (kg/m3)

Khới lượng riêng của dòng nhập liệu là: = 838,27 (kg/m3)

Đợ nhớt của benzene: = 0,4.10-3 (N.s/m2)

Đợ nhớt của toluene: = 0.391.10-3 (N.s/m2)

= 0,98.log(0,4.10-3 ) + (1- 0,98).log(0.391.10-3 )

Đợ nhớt của hỡn hợp: (N.s/m2)

Hệ sớ dẫn nhiệt của benzene: = 0,136 (W/m.đợ) Hệ sớ dẫn nhiệt của toluene: = 0,128 (W/m.đợ) Hệ sớ dẫn nhiệt của hỡn hợp: = 0,136 (W/m.đợ) Nhiệt dung riêng của benzene: = 1918,35 (J/kg.0C)

Nhiệt dung riêng của toluene: = 1888,9 (J/kg.0C)

= 1918,35.0,98 + (1- 0,98).1888,9 = 1917,76 J/Kg C Chuẩn sớ Reynolds

= 22004,59

Ta thấy Re > 10000 chế đợ chảy rới Nu = 0,021.0,25

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

< 104 và > 50 = 1

= = 5,64 Nu = 0,021.1.22004,590,8.5,640,43.(0,25

Hệ sớ cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh ngoài ớng :

Dùng ghép lặp: chọn = 440C

Tại nhiệt đợ này thì:

Đợ nhớt của benzene: = 0,469.10-3 (N.s/m)

Đợ nhớt của toluene: = 0,4514.10-3 (N.s/m)

= 0,98.log(0,469.10-3 ) + (1-0,98).log(0,4514.10-3)

Đợ nhớt của hỡn hợp: = 0,469.10-3 (N.s/m)

Hệ sớ dẫn nhiệt của toluene: = 0,13 (W/m.đợ) Hệ sớ dẫn nhiệt của hỡn hợp: = 0,139 (W/m.đợ) Nhiệt dung riêng cua benzene: = 1846 J/kg.0C

Nhiệt dung riêng của toluene: = 1820 J/kg.0C

Nhiệt dung riêng của hỡn hợp là:

= 1846.0,98 + (1-0,98). 1820 = 1845,48 J/kg.0C

= = 6,2

Nu = 0,021. 22004,590,8..5,640,43.(0,25 = 128,5

= = 826 ( W/m2.đợ)

= 826.(57,78 – 44) = 11383,26 ( W/m2)

11383,26 ( W/m2) (xem nhiệt mát khơng đáng kể)

44 – 11383,26 .4,95.10-4 = 38 0C

0,021.13915,30,8..50,43.(0,25= 84

= = 2508 ( W/m2.đợ)

2508.(38 – 33,5) = 11286 Kiểm tra sai sớ:

= 0.85% < 5%

Kết luận : chọn 0C. và 0C

K = 475,2 (W/m .đợ)

4. Bề mặt truyền nhiệt

F = = 4,5 m2 5. Cấu tạo thiết bị

Chọn sớ ớng truyền nhiêt là : n = 91 Chiều dài ớng truyền nhiệt : L = = 0,68 m Sớ ớng trên đường chéo : b = 11

Bước ớng : t = 1,2.1,2.0,025 = 0,03

Đường kính vỏ thiết bị : D = t(b-1) + 4 = 0,03.(14-1) + 4.0,025 = 0,49 m

Tính bề dày thân trụ của tháp

CHƯƠNG 6: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG