Trong trường hợp ống chùm nằm ngang những dãy ống phía dưới sẽ bị phủ lên một lớp nước ngưng dày hơn các ống phía trên, đồng thời vận tốc cũng bị giảm từ trên xuống dưới do một phần đã bị hơi ngưng tụ. Vì vậy, hệ số cấp nhiệt giảm dần đối với các dãy phía dưới.
Công thức:α1=ɛTB ×α
Trong đó: ɛTB là hệ số phụ thuộc cách sắp xếp ống và số ống trên mỗi dãy α là hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ trên 1 ống đơn độc nằm ngang:
α=1,28× A ×(∆ t × dr )0.25(W/m2độ)
d: đường kính ngoài của ống, dn= 30mm r: ẩn nhiệt ngưng tụ (J/kg)
A: hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ màng cồn: A= 4
√(ρ2. λ3
μ )
ρ: khối lượng riêng của cồn (kg/m3 ) λ: hệ số dẫn nhiệt của cồn (W/m độ) µ: độ nhớt của cồn (Ns/m2 )
tm=1
2×(thc+tT1): Nhiệt độ màng cồn
Chú ý: Đại lượng r phải lấy ở nhiệt độ hơi ngưng tụ thc còn các đại lượng vật lý ρ, µ, λ lấy theo nhiệt độ trung bình của màng nước tm.
∆t = thc – tT1 là hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và thành thiết bị tT1: nhiệt độ tường phía hơi, ℃C.
thc: nhiệt độ hơi ngưng tụ, ℃C.
ɛTB: hệ số phụ thuộc vào cách sắp xếp ống và số ống trên mỗi dãy. Tổng trở nhiệt 𝚺rcặn
Σrc nặ =r1+δ λ+r2 Trong đó:
δ: chiều dày ống truyền nhiệt 2,5mm= 0,0025m
λ: hệ số dẫn nhiệt của thành ống, λ = 16,85 W/độ.m (vật liệu sử dụng X18H10T) r1, r2 - nhiệt trở của cặn bẩn bám vào hai bên thành ống phía hơi và phía nước lạnh (m2.độ/W)
Với nước lạnh công nghiệp r1 = 0,464×10−3m2.độ/W (tra bảng V.I trang 4 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất - Tập 2)
Với hơi cồn r2 = 0,116×10−3m2.độ/W (tra bảng V.I trang 4 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất - Tập 2) Suy ra Σr=r1+δ λ+r2=0,464×10−3 +0.0025 16.85 +0,116×10 −3 =0.728×10−3 (m2.độ/W).
4. Nhiệt tải riêng q1 (W/m2): mật độ dòng nhiệt truyền từ hơi cồn đến thành ống
Nếu coi sự mất mát của nhiệt khi truyền từ lưu thể này sang lưu thể kia ko quá 5%, thì ta tính toán nhiệt tải riêng q1 và q2 cũng không chênh lệch quá 5%. Thực hiện các bước như sau:
Chọn nhiệt độ chênh lệch giữa hơi và thành ống: ∆ t1=thc−tT1
Tính α1 và q1 (nhiệt tải riêng phía hơi).
Tính ∆t = tT1 −tT2 chênh lệch nhiệt độ giữa hai bên thành ống:
∆ t=q1× ∑r
Từ đó suy ra tT2 là nhiệt độ tường phía nước.
Tính chuẩn số Prandlt tường PrT theo nhiệt độ tT2.
Tính α2 theo công thức đã xác định, từ đó tính q2=α2× ∆ t2
So sánh q1 và q2 : |q1−q2
q1 |〈5 % thì phù hợp.
Tính qtb là nhiệt tải riêng trung bình:
qtb=1
Chọn ∆t1 =8℃C tT1=79,6−8=71,6℃ - Nhiệt độ màng cồn là: tm=1 2×(thc+tT1)=1 2×(78.19+71,6)=74,9℃ - Ở 74,9℃C thì A= 4 √(ρ2. λ3 μ ) của màng cồn với:
ρc nồ =785,77(kg/m3) (tra bảng I.2 trang 9 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất - Tập 1 sau đó nội suy kết quả)
λc nồ =0.274(W/m .độ) (tra bảng I.130 trang 135 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất - Tập 1 sau đó nội suy kết quả)
μc nồ =0.588×10−3
(kg/m . s) (tra bảng I.101 trang 92 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất - Tập 1 sau đó nội suy kết quả)
A= 4
√(785,772.0,2743
0,588.10−3 ) = 68,17
Hệ số cấp nhiệt phía hơi là:
α=1,28×68,17×(10716168×0.03)0.25=4011,07(W/m2.độ)
Chọn cách sắp xếp ống là xen kẽ, số ống 1 dãy đứng là 3. Suy ra εtb=0.85
q1=α1. ∆ t1=3409,4×8=27275,2(W/m2)
Chênh lệch nhiệt độ giữa hai thành ống:
∆ t=q1.∑r=27275,2×0.728×10−3
=19,85℃
Nhiệt độ tường phía nước:
tT2=tT1−∆ t=71,6−19,85=51,75℃
Chênh lệch nhiệt độ giữa thành ống và nước:
∆ t2=tT2−tntb=51,75–35.8=15,95℃
Tại tT2=51,75℃
μ=0.5315×10−3kg/m. s (tra bảng I.102 trang 95 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất -
Tập 1 sau đó nội suy kết quả)
p=4185.8J/kg . ℃ (tra bảng I.49 trang 168 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất - Tập 1 sau đó nội suy kết quả)
λ=0.65W/m .℃ (tra bảng I.129 trang 133 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất - Tập 1 sau đó nội suy kết quả)
Vậy PrT=μ . p λ =
0,5315. 10−3
×4185,8
0,65 =3.4227 Khi đó hệ số cấp nhiệt phía nước là
α2=1629.44×(3,42274.74 )0.25=1767,63W/m2.độ
Nhiệt tải riêng phía nước là:
q2=α2. ∆ t2=1767,63×15,95=28193,7W/m2 So sánh: η=¿q1−q2
q1 ∨¿|27275,227275,2−28193,7∨.100 %=3,37 %<5 % Vậy Δt1=8℃ phù hợp.