III. THIẾT BỊ ĐUN SÔI ĐÁY THÁP
3 Xác định hệ số cấp nhiệt của dòng sản phẩm đáy ngoài ống trong
Kích thước của ống ngoài:
Đường kính ngoài: Dn = 48 mm = 0,048 m
Bề dày ống: δt = 3 mm = 0,003 m
Đường kính trong: Dtr = 0,042 m
Nhiệt độ trung bình của dòng sản phẩm đáy ngoài ống: tW = ½ (tWS + tWR) = 60,05 oC. Tại nhiệt độ này thì:
Tra bảng I.2, trang 9, [1]
Khối lượng riêng của Clorofom : ρC = 1410,923 kg/m3 Khối lượng riêng của Benzen : ρB = 835,948 kg/m3
Nên: ⇒ ρ = 862,164 kg/m3
Tra bảng I.101, trang 91, [1]
Độ nhớt của Clorofom : µC = 3,899 x 10-4 N.s/m2
Độ nhớt của Benzen: µB = 3,898 x 10-4 N.s/m2
Nên: lgµ = xWlgµC + (1 - xW)lgµB = 0,05 x lg(3,899 x 10-4) + (1 – 0,05)lg(3,898 x 10-4) = -3,409 ⇒ µ = 3,898 x 10-4 N.s/m2
Hệ số dẫn nhiệt của Clorofom : λC = 0,1140 W/(mK)
Hệ số dẫn nhiệt của Benzen : λB = 0,1360 W/(mK) Nên theo công thức (I.33), trang 124, [1]:
λ = λC xxW + λB.(1 -xW) – 0,72xW.(1 -xW)(λB - λC) = 0,1332 (W/mK)
Tra bảng I.153, trang 171, [1]:
Nhiệt dung riêng của Clorofom : CC = 1081,073 J/(kg.K)
Nhiệt dung riêng của Benzen : CB = 1930,263 J/(kg.K) Vậy: c = cC + cB(1 - ) = 1866,898 J/(kg.K)
Áp dụng công thức V.35, trang 12, [2]: = 5,462
= 0,287 m/s Đường kính tương đương: dtđ = Dtr – dn = 0,042 – 0,025 = 0,017 m
Chuẩn số Reynolds :
= 10791 > 104 : chế độ chảy rối
Áp dụng công thức 3.27, trang 110, [4] ⇒ công thức xác định chuẩn số Nusselt:
Trong đó: ε1 – hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ giữa chiều dài L và đường kính d của ống.
Tra bảng 3.1, trang 110, [4] ⇒ chọn ε1 = 1
Hệ số cấp nhiệt của dòng sản phẩm đáy ngoài ống: αW =
Dùng phép lặp: chọn tW1 = 46 oC Tại nhiệt độ này thì:
Tra bảng I.101, trang 91, [1]
Độ nhớt của Clorofom : µC = 4,420 x 10-4 N.s/m2 Độ nhớt của Benzen : µB = 4,584 x 10-4 N.s/m2
Nên: lgµ = xWlgµC + (1 – xW)lgµB = 0,05 x lg(4,420 x 10-4) + (1 – 0,05)lg(4,584 x 10-4) = -3,340 ⇒ µ = 4,576 x 10-4 N.s/m2
Hệ số dẫn nhiệt của Clorofom : λC = 0,1126 W/(mK)
Hệ số dẫn nhiệt của Benzen : λB = 0,1388 W/(mK) Nên theo công thức (I.33), trang 124, [1]:
λ = λC.xW + λB.(1 -xW) – 0,72xW.(1 -xW)(λB - λC) = 0,1355 (W/mK)
Tra bảng I.153, trang 171, [1]:
Nhiệt dung riêng của Clorofom : CC = 1060,000 J/(kg.K)
Nhiệt dung riêng của Benzen : CB = 1856,500 J/(kg.K) Vậy: c = cC + cB (1 - ) = 1797,067 J/(kg.K)
Nên: NuW = 71,505
⇒ αW = 560,464 W/(m2K)
⇒ qW = αW (tW – tW1) = 560,464 x (60,05 - 46) = 7874,525 W/m2
⇒ qt = qW = 7874,525 W/m2 (xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣrt = 46 – 7874,525 x 4,769 x 10-4 = 42,244 oC
⇒ PrW2 = 4,139 ⇒ Nun = 115,498
⇒ αn = 3486,952 W/(m2K)
⇒qn = αn (tW2 – tf) = 3486,952 x (42,244 - 40) = 7826,087 W/m2
Kiểm tra sai số:
ε = 100% = 0,61 % < 5 % (thỏa)
Kết luận: tw1 = 46 oC và tw2 = 42,27 oC
4 Xác định hệ số truyền nhiệt
= 392,472 W/(m2K)
5 Xác định bề mặt truyền nhiệt
Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt:
F = = 2,685 m2
Đối với trường hợp truyền nhiệt, hệ số an toàn thường được chọn là 20% nên diện tích bề mặt truyền nhiệt cần thiết là Ftt = F x 1,2 = 3,222 m2
6 Cấu tạo thiết bị
Chiều dài ống truyền nhiệt: L = = 44,59 m ⇒ chọn L = 48 m
Kết luận: Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều
dài ống truyền nhiệt L = 48 m.
Tiến hành bố trí thành 12 dãy, mỗi dãy dài 4m.
Ống hàng trên được nối với hành dưới bằng mặt bích, các chi tiết bích và ống, ống và thành ống được hàn với nhau.
V. THIẾT BỊ ĐUN SÔI DÒNG NHẬP LIỆU
Chọn thiết bị gia nhiệt nhập liệu là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, đặt nằm ngang. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 20 x 2 mm
Đường kính ngoài: dn = 20 mm = 0,020 m
Bề dày ống: δt = 2 mm = 0,002 m
Đường kính trong: dtr = 16 mm = 0,016 m
Chọn số ống n = 7, xếp theo hình lục giác. Hơi đốt là hơi nước ở 1,6 at.
Tra bảng 1.251, trang 314, [1]
Nhiệt hóa hơi: rH2O= rn = 2227000 J/kg
Nhiệt độ sôi: t H2O= tn = 112,7 oC Dòng nhập liệu có nhiệt độ:
Trước khi vào nồi đun (lỏng): tF = 30 oC Sau khi được đun (lỏng sôi): tFS = 61,92 oC
1 Hiệu số nhiệt độ trung bình
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên:
= 65,448 K
2 Hệ số truyền nhiệt
Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức như đối với tường phẳng:
W/(m2.K)
Với:
αn : hệ số cấp nhiệt của hơi đốt W/(m2.K)
αF : hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu W/(m2.K)
3 Tính toán hệ số cấp nhiệt các dòng