3.2.3 .Hệ số cấp nhiệt về phía hỗn hợp chảy xoáy
3.2.4. Hiệu số nhiệt độ ở2 phía thành ống:
∆tT = tT1 − tT2 = q1. ∑ r Trong đó:
65 r1; r2: nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của thành ống.
Tra bảng II.V.1 [2-4]:
r1 = 0,000387 [m2.độ/W]: nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch r2 = 0,000232 [m2.độ/W]: nhiệt trở cặn bẩn phía hơi bão hòa
𝛿: bề dày ống truyền nhiệt, 𝛿 = 2. 10−3(𝑚)
∑ r: tổng nhiệt trở ở 2 bên ống truyền nhiệt: Ống dẫn nhiệt làm bằng vật liệu X18H10T có λ = 16,3 W/m.độ ∑ 𝑟 = 𝑟1+ 𝑟2+ 𝛿 𝜆 [𝑚 2. độ/𝑊] Thay số: ∑ 𝑟 = 𝑟1+ 𝑟2 + 𝛿 𝜆 = 0,000387 + 0,000232 + 2. 10−3 16,3 = 0,000742 [𝑚 2. độ/𝑊] ∆tT =32058 .0,742. 10−3 = 23,8 (oC) tT2 = 𝑡1 − ∆𝑡1 − ∆tT = 151,1 – 3,9 – 23,8 = 123,4 (oC) ∆t2 = tT2 − t2tb = 123,40 – 79,98 = 43,42 (oC) 3.2.5. Tính chuẩn số Prt Pr = Cp. μ λ
Khi chênh lệch nhiệt độ giữa tường vào dịng nhỏ thì 𝑃𝑟
𝑃𝑟𝑡 = 1
Thay số: Nu = 0,021. 1.100000,8. 1,950,43. 1 = 44,35 Do đó α2 = Nu. λ
d = 44,35. 0,536
0,032 = 742,86 (W/m2. độ)
3.2.6. Nhiệt tải riêng về phía dung dịch:
q2= 𝛼2. ∆𝑡2 = 742,86 .43,42 = 32255,09 (W/m2) Kiểm tra sai số:
𝜀1 = |𝑞1− 𝑞2|
𝑞1 =
|32058,00 − 32255,09|
32058,00 = 0,61 %
Sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận giả thiết
3.3. Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt
Diện tích bề mặt truyền nhiệt xác định thơng qua phương trình cơ bản của truyền nhiệt Q = K. F. ∆𝑡𝑡𝑏
Chọn giá trị α1 = 6548,4 (W/m2. độ) và lượng nhiệt truyền cho 1m2 ống truyền nhiệt là:
66 qtb = 𝑞1+ 𝑞2 2 = 32058,00 + 32255,09 2 = 32156,55 (W/𝑚 2) 𝐾 = 1 1 α1 + ⅀ r + 1 α2 = 1 1 8220,00+ 0,742. 10−3+ 1 742,86 = 452,53 => 𝐹 = 1086116,304 452,53.71,12 ≈ 34 𝑚 2
Ho ặc cũng có thể tính thơng qua nhiệt tải riêng qtb = 𝑄
𝐹 = K. ∆t => 𝐹 =1086116,304
31256,55 ≈ 34 𝑚2
3.4. Xác định số ống, cách sắp xếp ống trong thiết bị trao đổi nhiệt
Số ống của thiết bị trao đổi nhiệt được xác định theo công thức n = 𝐹
𝑓
Trong đó
+ F = 34 m2 là tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
+ f = 𝜋. d. h0: là diện tích xung quanh của một ống truyền nhiệt, m2
+ h0 = 3 m là chiều cao ống truyền nhiệt Thay số n = 𝐹
𝑓 = 34
3,14. 0,032. 3 = 113 (ống)
Chọn sắp xếp ống theo hình 6 cạnh. Quy chuẩn theo bảng số liệu V.II [3 – 48] ta có - Tổng số ống của thiết bị là n = 127 (ống)
- Số hình 6 cạnh là 6 hình
- Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh là b = 13 ống - Số ống trên 1 cạnh của hình 6 cạnh a = 0,5. (b + 1) = 7 ống Vận tốc lỏng chảy trong ống cần đạt ωt = 4. Gđ π. dt2. n Trong đó + Gđ là lưu lượng thể tích chất lỏng (m3) + dt = 0,033 m là đường kính trong của 1 ống
+ Khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng tại ttb = 71,12 ℃ là 𝜌 = 1001,125 (kg/m3) Thay số ωt = 4. 10800 3,14. 0,0322. 1001,125.3600 = 0,029 m/s Vận tốc giả thiết: 𝑊𝑔𝑡 = 𝑅𝑒. 𝜇 𝑑. 𝜌 = 1000.0,0002632 0.032.1001,125 = 0,082 𝑚/𝑠
67 Ta thấy : 𝑊𝑔𝑡 − 𝑊𝑡 𝑊𝑔𝑡 = 0,082 − 0,029 0,082 = 64,63% > 5%
Ta phải chia ngăn để quá trình cấp nhiệt diễn ra ở chế độ xoáy. Số ngăn của thiết bị là
𝑥 = ωt
ω =
0,082
0,029 = 3 𝑛𝑔ă𝑛
Vậy chia không gian trong ống thành 3 ngăn
3.5 Đường kính trong của thiết bị.
Đường kính trong của thiết bị được xác định theo công thức D = t. (b -1) + 4d
Trong đó:
+ d = dn = 36 mm là đường kính ngồi của ống truyền nhiệt + t là bước ống thường t = (1,2 – 1,5) d.
Chọn t = 1,4d = 1,5. 0,036 = 0,054 m
Thay số D = t. (b – 1) + 4d = 0,054. (13 – 1) + 4. 0,032 = 0,776 m Quy chuẩn D = 0,8 m
68
KẾT LUẬN
Sau một thời gian cố gắng tìm đọc, tra cứu một số tài liệu tham khảo, cùng với sự giúp đỡ của cô Đặng Thị Tuyết Ngân và các thầy cơ giáo trong bộ mơn “ Q trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học” em đã hồn thành nhiệm vụ thiết kế được giao. Qua quá trình này em rút ra được một số nhận xét như sau:
-Việc tính tốn một hệ thống cơ đặc là việc làm phức tạp, tỉ mỉ và lâu dài. Nó khơng những u cầu người thiết kế phải có những kiến thức thật sự sâu về q trình cơ đặc cũng như phải biết thêm về các thiết bị phụ khác, các quy định trong bản vẽ kĩ thuật,…
-Các cơng thức tính tốn khơng cịn gị bó như những mơn học khác, mà dựa trên các giả thiết về điều kiện, chế độ làm việc của thiết bị. Bởi trong khi tính tốn người thiết kế đã tính tốn đến một số ảnh hưởng của điều kiện thực tế, nên khi đem vào hoạt động hệ thống sẽ có khả năng làm việc ổn định cao.
-Khơng chỉ có vậy, việc thiết kế đồ án mơn q trình thiết bị này cịn giúp chúng em củng cố kiến thức về q trình cơ đặc nói riêng và các q trình khác nói chung, nâng cao kĩ năng tra cứu, tính tốn, xử lí số liệu; trình bày một cách khoa học, và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống.
-Việc thiết kế đồ án mơn học “ Q trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học” là một cơ hội cho sinh viên ngành hóa nói chung cũng như bản thân em nói riêng có cơ hội làm quen với cơng việc của kĩ sư hóa chất.
-Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành, song do những hạn chế về tài liệu, cũng như bất lợi do dịch Covid 19, đồng thời bản thân em vẫn cịn có những hạn chế về nhận thức và những kinh nghiệm thực tế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót trong q trình thiết kế. Em rất mong nhận được sự chỉ dẫn và giúp đỡ của các thầy cô.
69
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tập thể tác giả, Sổ tay quá trình và Thiết bị cơng nghệ Hóa chất tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2005.
[2] Tập thể tác giả, Sổ tay quá trình và Thiết bị cơng nghệ Hóa chất. Tập 2. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2005.
[3] Nguyễn Bin, Tính tốn q trình và thiết bị trong cơng nghệ Hóa chất và Thực phẩm tập 1,2, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001.
[4] Phạm Xuân Toản, Các q trình, thiết bị trong cơng nghệ Hóa chất và Thực phẩm tập 3, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2003.