CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ THIẾT KẾ CALORIFER CHỌN QUẠT CHỌN NỒI HƠ
4.1. Tính chọn Calorifer:
Với nguồn năng lượng cung cấp là hơi nước bão hòa do đó ta sẽ thiết kế một Calorifer kiểu khí- hơi ống cánh. Với nước bão hòa ngưng trong ống và TNS là không khí chuyển động bên ngoài cắt các chùm ống nhận nhiệt để đạt được nhiệt độ yêu cầu.
4.1.1. Các thông số cơ bản yêu cầu để thiết kế Calorifer Công suất nhiệt của Calorifer :
Qcal = = = 231,73 kW
= 75% : hiệu suất nhiệt của calorifer ( Tổn thất kể đến bám bụi bẩn, vật liệu chế tạo lâu ngày bị ăn mòn...)
Nguồn năng lượng cung cấp là hơi nước bão hòa do đó thiết kế 1 calorifer kiểu khí – hơi ống cánh. Với nước bão hòa ngưng trong ống và tác nhân sấy là không khí chuyển động bên ngoài cắt các chùm ống nhận nhiệt để đạt được nhiệt độ yêu cầu : t0
= 20 t1 = 65
Các thông số cơ bản yêu cầu để thiết kế Calorifer : Chọn nhiệt độ của hơi nước bão hòa vào là tw1 = 100
Do đó nhiệt độ ngưng tụ là tN = 100 Áp suất ngưng tụ là : PN = 1 atm = 1,0132 bar
Với công suất nhiệt của calorifer yêu cầu trong quá trình tính toán sấy thực ở trên ta đã có Qcal = 231,73 kW
Nhiệt ẩn ngưng tụ của hơi nước ở nhiệt độ ngưng tụ tN = 100 là r = 2257 kJ/kg Lượng hơi vào Calorifer yêu cầu là :
Gh = = = 369,62 kg/h 4.1.2. Tính toán thiết kế Calorifer
a) Tính diện tích trao đổi nhiệt F của Calorifer:
Chọn ống thép dẫn hơi có = ; ống xếp so le với bước sóng ngang s1 = 60mm ; bước ống dọc s2 =45mm
Cánh được làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt = 110 W/m.K
Chiều dày cánh lấy là = 0,5 mm. Đường kính cánh là = 49 mm. Bước cánh là t = 3mm. = t = 3 0,5 = 3,5 mm
Chiều cao cánh h = = = 10,5 mm Chiều dài ống 1200 mm
Ta cần xác định diện tích bề mặt không làm cánh là : F1 = Tính độ chênh nhiệt độ :
Với không khí chuyển động ngoài ống : t1 = 20 t2 = 65 Hơi nước bão hòa trong ống : tn =100
= 10020 = 80 = 100 65 = 35 Độ chênh nhiệt độ: = = = 54,4
Nhiệt độ trung bình của không khí : ttb = tN = 10054,4 = 45,6 Số cánh trên 1 ống là : nc = = = 342 cánh Kích thước xác định dxd = Trong đó : : diện tích phần ống không làm cánh : diện tích các cánh trên 1 ống = .d2.t.nc = . 28. .3..342 = 0,09 m2 = 2.().nc = 2.(.342 = 0,867 m2 = = 0,0349 m
Giả sử tốc độ tác nhân sấy đi vào calorifer là :3,6 m/s
Tốc độ cực đại khi không khí chuyển động qua khe hẹp nhất : w = = = 7,45 m/s
Với nhiệt độ trung bình của không khí trong Calorifer là ttb = 45,6 Tra sổ tay Hóa Công I ta được các thông số vật lý :
= 18,09. m2/s = 1,086 kg/m3 Re = = = 14372,858 Với ống xếp so le ta có : Nu = 0,251. .. Nu = 0,251. .. = 91,25 = = = 73,73 W/m2.K Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phái không khí :
= . .( )
: Hiệu suất cánh = = = 36,61
.h =36,61.10,5. = 0,38
Hiệu suất cánh được tra trên đồ thị theo = = 1,75 và tích số .h = 0,38 ta được = 0,9
=73,73..(0.9 ) = 67,05 W/m2.K
Hệ số cấp nhiệt phía hơi ( ống nằm ngang ) : = 1,28.
Với hơi nước bão hòa ngưng ở nhiệt độ tN = 100 ta có các thông số vật lý của nước ngưng bão hòa như sau :
= 68,3. W/m.K = 958,5 kg/m3
= 2257 kJ/kg = 282,5.
= tN tw1 : là độ chênh lệch giữa hơi ngưng với nhiệt độ vách trong của ống. Do nên có thể bỏ qua nhiệt trở của lớp cặn hai phía ống truyền nhiệt. Giả sử = 1,75 = 1,28. = 19272,9 W/m2.K Hệ số truyền nhiệt: KF1 = : Hệ số làm cánh = 1 = 1 = 9,885 KF1 = = 631,76 W/m2.K Ta có : = = 1,78
Sai số tương đối : = 1,71% Kết quả chấp nhận được. Ta có Qcal = KF1.F1. F1 = = = 6,75 m2
b) Tính thiết kế kích thước hình học của Calorifer : Số ống cần thiết : n = = 70 ống
Số ống trong mỗi dãy là :m = 20 ống Số dãy ống là : z = = 4 dãy
Tổng số ống của Calorifer là : 4.20= 80 ống Kích thước của Calorifer là :
• Chiều dài : 1,2 m
• Chiều cao : b = m.s1 = 20.0,045 0,06 = 0,96 m • Chiều rộng : a = z.s2 = 4.0,06 0,06 = 0,3 m Vận tốc của không khí vào Calorifer là
w = = 3,56 m/s
Ở 2 đầu của chùm ống có đặt các ống góp hơi và ống góp lỏng. Ta lựa chọn đường kính của 2 ống góp này có đường kính trong và đường kính ngoài lần lượt là d1 = 100 mm , d2 = 100 mm.
c) Tính toán tổn thất áp suất ( trở lực ) của dòng không khí (TNS) chuyển động cắt ngang qua Calorifer :
Trở lực của không khí bao gồm trở lực ma sát và trở lực cục bộ được tính gần đúng theo quan hệ sau :
p = ...Z Trong đó :
Z : là số hàng ống Z = 4.
: Tốc độ của dòng không khí qua khe hẹp nhất của Calorifer , = 7,45 m/s. : Hệ số trở kháng được xác định theo biểu thức dưới dây :
ξ = 0,72. .. .. = 0,72.. ... = 0,78
Thay vào ta có =0,78.1,086..4 = 94,032 N/m2