- Mục đích của việc tính cân bằng nhiệt lượng là để xác định lượng nước lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ, làm lạnh cũng như để xác
4. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh.
I.2. Tải nhiệt trung bình cho quá trình truyền nhiệt.
• Các chuẩn số cần thiết.
- Khối lượng riêng của hỗn hợp tại nhiệt độ trung bình ta tính bằng công thức sau:
Với tF = 75,6oC. Nội suy theo bảng I.2 [I – 9] ta được
ρA = 724,94 kg/m3 ρB = 974,42kg/m3 ρ = 917,58 kg/m3 - Tính độ nhít của dung dịch lgµdd = xtb.lgµA+ (1 - xtb).lgµB [I – 84] [I – 84]
Tại ttb = 51,54oC. Nội suy trong bảng I.102 , [I – 91] ta có
µA = 0,24312.10-3 Ns/m2
µB = 0,53328.10-3 Ns/m2
lgµdd = 0,064.lg(0,24312.10-3) + (1 – 0,064)lg(0,53328.10-3) µdd = µx = 0,50713.10-3 Ns/m2
- Hệ sè dẫn nhiệt của dung dịch, λ
, w/m.độ[I – 123] [I –
123] Trong đó:
A: hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất láng : A = 3,58.10-8 Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng, J/kg.độ
M: khối lượng mol tỷ lệ giữa chất lỏng 1 phân tử chất đã cho và 1/16 khối lượng nguyên tử oxi
Ta có: M = MF =20,88kg/kmol Cp = 3840,55 J/kg.độ
ρ = 917,58 kg/m3
λ = 0,45 W/m.độ
- Tính chuẩn số Pran của hỗn hợp.
[II – 12]
- Tính chuẩn số Nuyxen
Giả sử hỗn hợp chảy trong ống ở chế độ chảy xoáy ta có:
[II – 12] Trong đó:
Prt: chuẩn số Pran tính theo ttb của tường.
ε1: hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỷ số giữa chiều dài l và đường kính.
Ta có: Đường kính ống dn = 45mm Chiều dài H = l = 1,5m
Chọn Re = 1,8.104
Với và Re > 104. Tra bảng 4.1 trong [III – 197] ta có ε1= 1,03
Do chênh lệch giữa vỏ và dòng lưu thể là khá nhỏ nên ta có thể coi Nu = 0,021.1,03.(18000)0,8.(4,328)0,43.10,25
Nu = 103
• Tính hệ số cấp nhiệt.
- Hệ số cấp nhiệt phía hơi đốt α1
, w/m2.độ[II – 28] [II – 28]
Trong đó:
r: Èn nhiệt ngưng tụ của nước, J/kg H = l = 1,5m
A: hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ màng, tm.
[II – 29] tT1: nhiệt độ của bề mặt tường, tiếp xúc với nước ngưng, oC
tbh: nhiệt độ của hơi nước bão hoà, oC
∆t1 = tbh – tT1
∆t1: hiệu số nhiệt độ giữa tbh và nhiệt độ phía tường tiếp xúc với nước ngưng. Chọn ∆t1 = 2,4oC
Ta có nhiệt độ thành ống phía hơi ngưng tụ là: tT1 = tbh - ∆t1
tT1 = 119,6 – 2,4 = 117,2oC Nhiệt độ màng nước ngưng tụ là
tm = 0,5.(117,2 + 119,6) = 118,4oC
Với tm = 118,4oC. Nội suy trong [II – 29] ta được A = 187,28 Tại tT1 = 117,2oC ta có r = 39777,8.103 J/kg
Vậy hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ là:
α1 = 22027,04 w/m2.độ
q1 = α1.∆t = 22027,04.2,4 = 52865 w/m2 - Hiệu số nhiệt độ ở hai bề mặt thành ống
∆Tt = tT1 – tT2 = q1.Σr
Với [II – 3]
Trong đó:
r1, r2: nhiệt trở của cặn bẩn bám vào hai bên thành ống phía hơi đốt và phía dung dịch, m2.độ/w
δ: chiều dày của thành ống, δ = 2,5.10-3m r1, r2 tra bảng PL.12 [III – 346] ta có
m2độ/w
m2độ/w
∆tT = 52865.3,948.10-4 = 20,88oC - Nhiệt độ thành ống phía dung dịch
tT2 = tT1 - ∆tT = 117,2 – 20,88 = 96,32oC - Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch.
∆t2 = tT2 – ttb = 96,32 – 51,54 = 44,78oC - Hệ số cấp nhiệt α2 phía dung dịch
- Nhiệt tải riêng từ thành ống đến dung dịch q2 = α2.∆t2 = 1158,86.44,78 = 51893,7 w/m2 Ta có:
Vậy chọn ∆t1 = 2,4oC là phù hợp - Nhiệt tải riêng trung bình
• Bề mặt chuyền nhiệt.
m2
• Tổng số ống n.
- Tổng số ống n được tính theo công thức.
Trong đó:
f: diện tích xung quanh của một ống, m2 f = π.dn.h, m2
f = 3,14.0,045.1,5 = 0,21195 ống
Quy chuẩn n = 37 ống bảng V.11 [II – 48]
Ta bố trí ống sắp xếp theo hình 6 cạnh . Sè ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh là b được tính theo.
b = 2a – 1
a được tính theo công thức: n = 3a(a - 1) + 1[II – 48] [II – 48] 37 = 3a(a - 1) + 1 a2 – a – 20 = 0 a = 4 và a = - 3 (loại) Vậy b = 2.4 – 1 = 7 ống - Số ngăn ωt: tốc độ chất láng thực tế chảy trong ống, m/s. ωt =
ωt = m/s Theo lý thuyết ta chọn:
Re = 1,8.104
⇒ m/s .
Do lý thuyết lớn hơn thực tế nên ta phải chia ngăn.
• Số ngăn. m =
Theo nguyên tắc số ngăn phải chẵn nên ta chọn m = 2 ngăn.
• Tính đường kính thiết bị. D = t(b – 1) + 4.dn [II - 49] [II - 49] Trong đó: t là bước ống, t = (1,2 ÷ 1,5).dn Chọn t = 1,5 dn = 1,5.0,045 = 0,0675 m D = 0,0675(7 – 1) + 4.0,045 = 0,585 m.
Vậy thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu có các thông số sau: F = 5,66 m2 L = 1,5 m dn =45 mm D =585mm n = 37 ống m = 2 ngăn