Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

III, TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

3, Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

- Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị đun nóng loại ống chùm ngược chiều, dùng hơi nước bão hòa ở 4,8 at, hơi nước đi bên ngoài ống từ trên xuống dưới. Hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên. Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng là 25oC, khi đi đi ra ở nhiệt độ sôi tso = 118,42 (oC)

3.1, Nhiệt lượng trao đổi Q.

Theo [3-233]:

Q = F.Cp.(tso-tt) (W) (50) Trong đó:

+ F: Lưu lượng hỗn hợp đầu (kg/h), F = 8500 (kg/h) hay 2,36 (kg/s) + tso: Nhiệt độ sôi của hỗn hợp (oC), tso = 116,68 (oC)

+ Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp (J/kg.độ) Cp = Co = 3976,70 (J/kg.độ)

+ tt: Nhiệt độ của môi trường, tt = 25 (oC) Thay số liệu vào (50):

Q = 2,36.3976,70.(118,42 - 25) = 877160,60 (W)

3.2, Hiệu số hữu ích.

tđ = T1 - tt = 149,46 - 25 = 124,46 (oC) tc = T1 - ts = 149,46 – 118,42 = 31,04 (oC) =>

=> Nhiệt độ trung bình hai lưu thể là:

(oC) - Hơi đốt: Nhiệt độ trung bình t1tb = 149,46 (oC)

- Hỗn hợp: t2tb = thđ - ttb = 149,46 – 67,27 = 82,19 (oC)

3.3, Hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể.

(V.101)[2-28] (51) Trong đó:

+ r: Ẩn nhiệt hóa hơi ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa r = r1 = 2121800 (J/kg)

+ t1: Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền nhiệt Giả thiết t1 = 4,1

+ H: Chiều cao ống truyền nhiệt, H = 4 (m) + A: Hằng số tra theo màng nước ngưng:

Tra theo nhiệt độ tm ở bảng [2-29] => A = 195,11 Thay số vào (51)

(W/m2.độ)

3.4, Nhiệt tải riêng về phía ngưng tụ.

Công thức [3-43]: q1 = 1.t1 = 7548,75.4,1 = 30949,86 (W/m2)

3.5, Hệ số cấp nhiệt phía cuối hỗn hợp chảy xoáy.

[2-14] (52) [3-235] (53) Trong đó:

+ Re: Chuẩn số Reynold, Re = 10000

+ Prt: Chuẩn số Pran của dòng tính theo nhiệt độ trung bình của tường.

+ 1: Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số chiều dài l và đường kính d của ống.

Chọn dng = 38 (mm), l = 2 (m), bề dày ống d = 2mm => dtr = 38 - 2.2 = 23 (mm)

=> 88,24> 50 (m) => Tra bảng [2-15] có 1 = 1 + Theo [2-22] có:

 Cp = Nhiệt dung riêng ở t2tb = 82,19 (oC), Cp tại xđ = 5% là: 3976,70 (J/kg.độ)  μ: Độ nhớt của hỗn hợp đầu ở t2tb = 82,19 (°C)

*Tính độ nhớt của dung dịch theo công thức pavalov.

[3-85]

Tra bảng I.107[3-101] Độ nhớt của một số dung dịch hợp chất vô cơ kết hợp nội suy ta có:

Tại xđ = 5%, t1 = 40 (oC) => µ1 = 0,85 (cP) = 0,85.10-3 (Ns/m2) Tại xđ = 5%, t2 = 20 (oC) => µ2 = 1,3 (cP) = 1,3.10-3 (Ns/m2)

Chọn chất lỏng tiêu chuẩn là Benzen, tra bảng I.109 [3-106] ta có: Với µ1 = 0,85.10-3 (Ns/m2) thì 1 = 27,24 (oC)

Với µ2 = 1,3.10-3 (Ns/m2) thì 2 = 10,22 (oC) Áp dụng công thức pavalov:

=> 3 = 63,14 (oC)

Tra bảng I.110[3-109] với θ3 = 63,14°C ta được μdd = 0,45.10-3 [N.s/m2]

*Tính hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp.

(W/m.độ) (3-123) Trong đó:

A = 3,58.10-8

 = 1020 (kg/m3) tại x = 5% và 3 = 63,14; Tra và nội suy từ I.46 [3-42] Cp = 3976,70 (J/kg.độ)

Nồng độ phần mol NaCl trong dung dịch:

Có: M = NNaCl.MNaCl + NH2O.MH2O = 0,0159.58,5 + (1-0,0159).18 = 18,65 (kg/kmol) => (W/m.độ)

Thay số:

Khi chênh lệch nhiệt độ giữa tường và dòng nhỏ thì (��/Prt)^0,25≈1

α2 =0,021. �/�.εk.Re0,8.Pr0,43=0,021.0,55/((38-2.2).10-3).1.100000,8.3,230,43 α2=748,86 (W/m2.độ)

+) Hiệu số nhiệt độ ở 2 phía thành ống: ΔtT = tT1 – tT2 = q1.Σr

Trong đó:

tT2: Nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp

r: Tổng nhiệt trở truyền nhiệt, (m2.độ/W)

Với r1, r2: Nhiệt trở của cặn bẩn 2 phía tường (bên ngoài căn bản do nước ngưng, bên ngoài cặn bẩn do dung dịch).

Tham khảo bảng V.1, tài liệu [4-4]:

Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch: r1 = 0,387.10-3 (m2.độ/W) Nhiệt trở cặn bẩn phía hơi bão hòa: r2 = 0,232.10-3 (m2.độ/W)

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống lấy theo bảng XII.7, tài liệu [4-313] ta có:

λ: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt (thép không gỉ, bền nhiệt và chịu nhiệt). Chọn thép không rỉ OX18H126 (Tra từ bảng (XII.7)[2-313]): λ = 15,9 [W/m2.độ]. Bề dày thành ống truyền nhiệt lấy δ = 2.10-3 (m)

Thay số vào ta có: (m2.độ/W) Thay số: tT = 30949,86.7,44.10-4 = 22,966 (oC) ΔtT = tT1 – tT2 = 149,46 - tT2 = 22,96=> tT2 = 122,40 (oC) => Δt2 = tT2 – t2tb = 122,40 – 82,19 = 40,22 (oC)

Nhiệt tải về phía dung dịch:

q2 = 2.t2 = 748,86.40,22= 30115,94(W/m2) Kiểm tra sai số:

Sai số <5% nên chấp nhận giả thiết t1 = 4,1 (oC) Qtb ==30532,90(W/m2)

 Bề mặt truyền nhiệt: F===28,73 (m2)

N==89,70 (ống)

Quy chuẩn theo bảng V.11 [2 - 48] - Số hình sáu cạnh : 5

- Số ống trên hình xuyên tâm của hình sáu cạnh: 11 - Tổng ống không kể các ống trong hình viên phân : 91 - Số ống trên hình viên phân ở dãy thứ nhất : 0

- Số ống trên hình viên phân ở dãy thứ hai, thứ ba :0 - Tổng ống trong tất cả các hình viên phân : 0

- Tổng số ống của thiết bị : 91

 Đường kính trong của thiết bị gia nhiệt :

�=�(�−1)+4�n =53,2.(11-1) + 4.38 = 684,00 (mm) t là bước ống, lấy t = 1,4dn = 38.1,4 = 53,2

b là số ống trên đường xuyên tâm = 11

Quy chuẩn theo XIII.6 [2 - 359] D = 700 [mm]  Tính vận tốc và chia ngăn

Vận tốc thực : �t = (4�d)/(��^2 ��������������� )= = 0,03 (m/s) Vận tốc giả thiết �gt =(��.�)/(�.�)= = 0,13 [m/s] Ta có (�gt −�t)/�gt = = 78,80 > 5%

Cần chia ngăn để quá trình cấp nhiệt ở chế độ chảy xoáy Số ngăn cần thiết �=�gt/�t = 4,69

Chọn m=5 ngăn