Chọn thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 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 ngưng tụ: GN1 = 5805,28 kg/h Dòng hơi đi ngoài ống có nhiệt độ bằng nhiệt độ tại đỉnh tháp: TD= 81,30C Nhiệt độ dòng nước lạnh:
- Trước khi vào thiết bị ngưng tụ : T1= 250C - Sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ : T2= 550C Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều:
∆Tlog= 81,3−25 −(81,3−55)
Hệ số truyền nhiệt (CT V.5/3 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập 2):
K = 1 1
αhh+ ��+�N1
, W/m2. độ Trong đó:
αhh:Hệ số cấp nhiệt của dòng phía vỏ ống, W/m2. độ
��:Tổng nhiệt trở của thành ống và lớp cáu, m2. độ/W
�N:Hệ số cấp nhiệt của dòng hơi ngưng tụ bên trong 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=0,00216,3 +50001 +58001 = 4,95. 10-4(m2. độ/W) Nhiệt độ trung bình của dòng nước: TN(TB)=25+552 = 400C
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)=3600π.ρ.d4.GN1
t 2 =3600.π.992,2.0,0214.5805,28 2 = 4,69 (m/s) Chuẩn số Reynolds: ReN=vN. ρN.�� μN =4,69.992,2.0,0210,65.10−3 = 150341,2 > 104=> Chảy rối Chuẩn số Nusselt: NuN= 0,021.�.ReN0,8. 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= 782,1 PrF'0,25 Hệ số cấp nhiệt phía vỏ ống: αhh = 0,725. 4 �ℎℎ.�ℎℎ3 ⋅�ℎℎ2 . � �ℎℎ⋅ ��−��1 ⋅��� Ta dùng phép tính lặp để tính Tw1 và Tw2. Ban đầu chọn Tw1= 61,30C Nhiệt độ trung bình của hơi nước ngưng tụ: Tm=Tw1+TD
2 =61,3+81,32 = 71,30C
Tại nhiệt độ 71,30C, tra bảng và tính toán các thông số về Benzene và Toluene, ta được:
�ℎℎ= 0,147 W/m2. độ ;�ℎℎ= 835,76 kg/m3;�ℎℎ= 0,332 Cp ; rhh= 368784,82 J/kg Suy ra:αhh= 0,725. 4 368784,82.0,1470,332.10−3. 81,3−61,3 .0,0253.835,762.9,81= 1931,31 (W/m2. độ)
⇒qhh=αhh.(Tngưng– Tw1) = 1931,31. (81,3 – 61,3) = 38626,26 (W/m2) Giả sử lượng nhiệt mất mát là không đáng kể⇒qt= qhh= 38626,26 W/m2
Tại nhiệt độ 42,180C, tra bảng nước bão hoà và tính các thông số ta được: Độ nhớt dòng nước:��= 0,595 cP
Nhiệt dung riêng dòng nước: CN= 4174 J/kg0C Hệ số dẫn nhiệt dòng nước:�� = 0,638 W/m. độ Chuẩn số Prandt: PrN’=CN. μN λN =0,638.10004174.0,639 = 3,89 ⇒Chuẩn số Nusselt: NuN=3,89782,10,25 = 557,04 Hệ số cấp nhiệt dòng trong ống:αN =NudN. λN t =557,04.0,6380,021 = 16923,36 (W/m2. độ) ⇒qN=αN. (Tw2– TN(TB)) = 16923,36. (42,18 – 40) = 36892,92 (W/m2) Kiểm tra sai số:
�= qN−qhh
qhh . 100%= 36892,92−38686,89
38686,89 . 100% = 4,89% < 5% => Thoả Vậy Tw1= 61,30C và Tw2= 42,180C
Suy ra hệ số truyền nhiệt: K = 1 1
1931.31+4,95.10−4+16923,361 = 932,95 (W/m2. độ) Diện tích bề mặt truyền nhiệt: A =K⋅∆TQ
log =932,95.39,42201975 = 5,49 (m2)