Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đáy là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, làm bằng thép X18H10T. Kích thước mỗi ống là 25× 2. Các thông số khác của ống được lựa chọn như sau:
- Đường kính trong của ống: dt= 0,021 m - Đường kính ngoài của ống: dng= 0,025 m - Bề dày ống:�= 2 mm = 0,002 m
Lượng hơi nước cần cấp cho quá trình làm nguội: GN3= 1564,93 kg/h Dòng hơi đi ngoài ống có nhiệt độ bằng nhiệt độ tại đáy tháp: TW= 109,70C Nhiệt độ dòng sản phẩm đáy:
- Trước khi vào thiết bị làm nguội: T5= TW= 109,70C - Sau khi ra khỏi thiết bị làm nguội: T6= 500C
Nhiệt độ dòng nước lạnh:
- Trước khi vào thiết bị làm nguội : T7= 250C - Sau khi ra khỏi thiết bị làm nguội : T8 = 550C
- Nhiệt độ trung bình của dòng nước lạnh: TN(TB)= 400C Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều:
∆Tlog= 109,7−55 −(50−25)
ln (109,7−5550−25 ) = 37,930C
Hệ số truyền nhiệt (CT V.5/3 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập 2): K = 1 1
αN+ ��+�W1
, W/m2. độ Trong đó:
αN:Hệ số cấp nhiệt của dòng nước bên trong ống, W/m2. độ
��:Tổng nhiệt trở của thành ống và lớp cáu, m2. độ/W
�W:Hệ số cấp nhiệt của dòng sản phẩm đáy ngoài ống, W/m2. độ Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:
qt =Tw1−Tw2
�� , W/m2 Trong đó:
Tw1, Tw2: Nhiệt độ bên ngoài và bên trong thành ống,0C Ta có:
�:Hệ số dẫn nhiệt của thép X18H10T,�= 16,3 W/m. độ r1: Nhiệt trở của lớp chất bẩn trong ống, r1=50001 m2. độ/W r2: Nhiệt trở của lớp cáu ngoài ống, r2=58001 m2. độ/W
Suy ra: �� =�
�+ r1+ r2=0,002
16,3 + 1
5000+ 1
5800= 4,95. 10-4(m2. độ/W)
Tại nhiệt độ 400C, tra bảng hơi nước bảo hoà theo nhiệt độ, ta có các thông số sau:
�� = 0,6350 W/m. độ;�� = 992,2 kg/m3 ;�� = 0,65 cP ; CN = 4180,2 J/kg. độ Chuẩn số Pranld:
PrN=CN. μN
λN = 4180,2.0,650,635.1000 = 4,28
Vận tốc thực tế dòng nước đi trong ống: vN(tt)= 4.GN3
3600π.ρ.dt2 =3600.π.992,2.0,0214.1564,93 2 = 3,97 (m/s)
Chuẩn số Reynolds: ReN=vN. ρN.��
μN =3,97.992,2.0,0210,65.10−3 = 127261,1 > 104=> Chảy rối Chuẩn số Nusselt: NuN=0,021.�.Re N0,8. PrN0,43.( ���
���' )0,25 (CT V.40/14 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập 2)
Chọn thiết bị ống chùm có tỉ số L/d > 50 =>�= 1
⇒NuN=684,47
PrN'0,25
Hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đáy phía ngoài ống:
αW = 0,725. 4 �ℎℎ.�ℎℎ3 ⋅�ℎℎ2 . � �ℎℎ⋅ ��(��)−��1 ⋅���
Ta dùng phép tính lặp để tính Tw1 và Tw2. Ban đầu chọn Tw1= 60,150C Nhiệt độ trung bình của hơi nước ngưng tụ: Tm=Tw1+TD
2 =60,15+79,852 = 700C
Tại nhiệt độ 700C, tra bảng và tính toán các thông số về Benzene và Toluene, ta được:
Suy ra:αW = 0,725. 4 357986,38.0,1393.819,132.9,81
0,353.10−3. 79,85−60,15 .0,025= 1780,8 (W/m2. độ)
⇒qW=αW.(TD(TB)– Tw1) = 1780,8. (79,85 – 60,15) = 36081,76 (W/m2) Giả sử lượng nhiệt mất mát là không đáng kể⇒qt= qD= 36081,76 W/m2
⇒Tw2= Tw1– qt . �� = 60,15 – 36081,76. 4,95. 10-4= 42,290C
Tại nhiệt độ 42,290C, tra bảng nước bão hoà và tính các thông số ta được: Độ nhớt dòng nước:��= 0,642 cP
Nhiệt dung riêng dòng nước: CN= 4174 J/kg0C Hệ số dẫn nhiệt dòng nước:�� = 0,659 W/m. độ Chuẩn số Prandt: PrN’=CN. μN
λN =0,659.10004174.0,642 = 4,07
⇒Chuẩn số Nusselt: NuN= 684,47
4.070,25 = 481,9 Hệ số cấp nhiệt dòng nước trong ống:αN =NuN. λN
dt =481,9.0,6590,021 = 15122,48 (W/m2. độ)
⇒qN=αN. (Tw2– TN(TB)) = 15122,48. (42,29 - 40) = 34630,48 (W/m2) Kiểm tra sai số:
�= qN−qhh
qhh . 100%= 34630,48−36081,76
36081,76 . 100% = 4,02% < 5% => Thoả Vậy Tw1= 60,150C và Tw2= 42,290C
Suy ra hệ số truyền nhiệt: K = 1 1
15129,13+4,95.10−4+1780,81 = 890,75 (W/m2. độ) Diện tích bề mặt truyền nhiệt: A = Q
K⋅∆Tlog =890,75.37,9354446,52 = 1,61 (m2)