Bích Bulong ghép bích
Dt Dn D Db D1 h db Z
Mm mm Cái
T r a n g | 38
Trong đó:
Dt : Đường kính bên trong của thiết bị (mm) Dn: Đường kính bên ngồi của thiết bị(mm) Db : Đường kính tâm bu lơng(mm)
D1: Đường kính mép vát(mm) D: Đường kính bích (mm)
h : Chiều cao bích(mm) db : Đường kính bu lơng(mm) Z : Số bu lông (cái)
Theo bảng XIII-31_Tương ứng với bảng XIII-27, trang 433,[3] Ta có kích thước bề măt đệm bít kín : Dt = 1400 (mm) H = h = 50 (mm) D1 = 1490 (mm) D2 = 1454 (mm) D4 = 1430 (mm) Do Dt > 1000 (mm) nên D3 = D2 +2 = 1456 (mm) và D5 = D4 –2= 1428 (mm) 3.3.2.Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn
Ống dẫn thường được nối với thiết bị bằng mối ghép tháo được hoặc không tháo được. Trong thiết bị này, ta sử dụng mối ghép tháo được.
Ống dẫn và bích làm bằng thép X18H10T, cấu tạo của bích là bích liền khơng cổ.
3.3.2.1.Ống dẫn hơi vào thiết bị ngưng tụ:
Lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp:
gd = GD.(R+1) = 104,649.(10,990+1) = 1254742 (kg/h) = 62,372 (kmol/h). Khối lượng riêng của pha hơi ở đỉnh tháp ( ở tD = 100,3oC và yD = 0,95)
𝜌𝐻𝐷 = [𝑦𝐷.18,015+(1−𝑦𝐷).60,052].273
22,4.(𝑡𝐷+273) = 0,657 (kg/m3)
T r a n g | 39
Đường kính trong của ống nối:
𝐷𝑦 = √3600.𝜋.𝜌4.𝑔𝑑
𝐻𝐷.𝑣𝐻𝐷 =√3600.𝜋.0,657.604.1254,742 = 0,106 (m) = 106 (mm)
Chọn Dy = 100(mm). Theo bảng XIII.32, trang 434, [3], chọn chiều dài đoạn ống nối 120 (mm)
3.3.2.2. Đường kính ống dẫn dòng nhập liệu:
Nhiệt độ của chất lỏng nhập liệu là tF = 111,95 0C Tại nhiệt độ này tra [6] ta có:
Khối lượng riêng của Acid Acetic: 𝜌𝐴𝐴= 942,07 kg/m3 Khối lượng riêng của Nước: 𝜌𝑁= 938,23 kg/m3
Nên 1 𝜌𝐹 = 𝑥̅̅̅̅𝐹 𝜌𝑁 + 1−𝑥̅̅̅̅𝐹 𝜌𝐴𝐴 =0,050 938,23 + 1−0,050 942,07 => 𝜌𝐹 = 941,88 kg/m3 ( 𝑉ớ𝑖 𝑥̅̅̅ = 𝐹 18,015.𝑥𝐹 18,015.𝑥𝐹+60,052.(1−𝑥𝐹) = 0,050; xF = 0,15 ) Chọn loại ống cắm sâu vào thiết bị.
Chọn vận tốc chất lỏng tự chảy trong ống nối theo bảng II.2, trang 370,[2] ta có:
𝑣𝐹 = 0,2 𝑚/𝑠
Đường kính trong của ống nối:
𝐷𝑦 = √3600.𝜋.𝜌4𝐹 𝐹.𝑣𝐹 =√3600.𝜋.941,88.0,24.2000 = 0,061 (m) = 60,1 (mm)
Chọn Dy = 50 ( mm )
T r a n g | 40
3.3.2.3. Đường kính ống dẫn dòng sản phẩm đáy:
Nhiệt độ của sản phẩm đáy là tw = 117,020C Tại nhiệt độ này tra tài liệu tham khảo [6] ta có: Khối lượng riêng của Acid Acetic: 𝜌𝐴𝐴= 936,50 kg/m3 Khối lượng riêng của Nước: 𝜌𝑁= 934,26 kg/m3
Nên 1 𝜌𝑤 = 𝑥̅̅̅̅𝑤 𝜌𝑁 + 1−𝑥𝜌̅̅̅̅𝑤 𝐴𝐴 = 0,006 934,26 + 1−0,006936,50 => 𝜌𝑤 = 936,49kg/m3 ( 𝑉ớ𝑖 𝑥̅̅̅̅ = 𝑤 18,015.𝑥𝑤 18,015.𝑥𝑊+60,052.(1−𝑥𝑤) = 0,006; xw = 0,02 ) Chọn loại ống cắm sâu vào thiết bị.
Chọn vận tốc chất lỏng tự chảy trong ống nối theo bảng II.2, trang 370,[2] ta có:
𝑣𝑤 = 0,5 𝑚/𝑠
Đường kính trong của ống nối
𝐷𝑦 = √3600.𝜋.𝜌4𝑊𝑊.𝑣𝑤 = √4.32.01.(18,015.0,02+0,98.60,052)3600.𝜋.936,49.0,5 = 0,120 (m) = 120 (mm)
Chọn Dy = 125 (mm)
Theo tài liệu tham khảo [3] – Bảng XIII-32 trang 434, chọn chiều dài đoạn ống nối l = 120 (mm).
3.3.2.4.Đường kính ống dẫn hơi từ nồi đun qua tháp
Lưu lượng hơi đi vào đáy tháp g’1=6036,656 kg/h. Nhiệt độ của sản phẩm đáy là tw = 117,02 0C
Tại nhiệt độ này yw =0,037 ; khối lượng riêng pha hơi tại đáy tháp:
𝜌𝐻𝑊 = [𝑦𝑤.18,015+(1−𝑦𝑤).60,052].273,15
22,4.(𝑡𝑤+273,15) =1,828 (kg/m3)
T r a n g | 41
Đường kính trong của ống nối:
𝐷𝑦 = √3600.𝜋.𝜌4.g’1=
𝐻𝑊.𝑣𝐻𝑊 =√3600.𝜋.1,828.754.6036,656 = 0,1248 (m) = 124,8 (mm) Chọn Dy = 125 ( mm )
Theo tài liệu tham khảo [3] – Bảng XIII-32 trang 434, chọn chiều dài đoạn ống nối l = 120(mm).
3.3.2.5.Ống dẫn dịng hồn lưu:
Suất lượng dịng hồn lưu: L = GD.MD.R = 5,202.(0,95.18,015+0,05.60,052).10,990 = 1150,080(kg/h).
Nhiệt độ của dịng hồn lưu là tHL = tD = 100,3 0C Tại nhiệt độ này tra tài liệu tham khảo [6]ta có:
Khối lượng riêng của Acid Acetic: 𝜌𝐴𝐴 = 957,41 kg/m3 Khối lượng riêng của Nước: 𝜌𝑁 = 947,14kg/m3
Nên 1 𝜌𝐿 = 𝑥̅̅̅̅𝐷 𝜌𝑁 + 1−𝑥̅̅̅̅𝐷 𝜌𝐴𝐴 = 0,851 947,14 + 1−0,851 957,41 => 𝜌𝐿 = 948,66kg/m3 ( 𝑉ớ𝑖 𝑥̅̅̅̅= 𝐷 18,015.𝑥𝐷 18,015.𝑥𝐷+60,052.(1−𝑥𝐷) = 0,748; xD = 0,851 ) Chọn loại ống cắm sâu vào thiết bị.
Chọn vận tốc của dịng hồn lưu vào tháp theo bảng II.2, trang 370,[2] ta có:
𝑣𝐿 = 0,4 𝑚/𝑠
Đường kính trong của ống nối
𝐷𝑦 = √3600.𝜋.𝜌4𝐿 𝐿.𝑣𝐿 =√3600.𝜋.948,66.0,44.1150,080 = 0,0327 (m) = 32,7 (mm)
T r a n g | 42
Theo tài liệu tham khảo [3] – Bảng XIII-32 trang 434, chọn chiều dài đoạn ống nối l = 90 (mm).
3.3.3. Bích để nối các ống dẫn ( Bảng XIII-26 trang 409, [3])
Chọn vật liệu là thép X18H10T , chọn kiểu 1 Hình 5. Bích nối các ống dẫn Ta có bảng sau : STT Loại ống dẫn Dy (mm) Kích thước nối h (mm) l (mm) Dn (mm) D (mm) Db (mm) D1 (mm) Bulông db (mm) Z (cái) 1 Vào TBNT 100 108 205 170 148 M16 4 14 120 2 Hoàn lưu 32 38 120 90 70 M12 4 12 90 3 Nhập liệu 50 57 140 110 90 M12 4 12 100 4 Dòng sản phẩm đáy 125 133 235 200 178 M16 8 14 120 5 Hơi vào Đáy 125 133 235 200 178 M16 8 14 120 Bảng 2. Kích thước các bích nối các ống dẫn
Theo bảng XIII.30 tương ứng với bảng XIII-26 : kích thước bề mặt đệm bít kín trang 432, [3] : D1 tra theo bảng XIII-26; z : số rãnh.
T r a n g | 43 STT D (mm) D1 (mm) D2 (mm) D3 (mm) D4 (mm) D5 (mm) b (mm) b1 (mm) z (rãnh) f (mm) 1 100 148 137 138 117 116 5 1 3 4,5 2 32 70 59 60 49 48 4 1 2 4 3 50 90 90 91 66 65 4 1 2 4 4 125 178 166 167 146 145 5 1 3 4,5 5 125 178 166 167 146 145 5 1 3 4,5 Bảng 3. Kích thước đệm bít kín bích nối ống dẫn
3.4. Tai treo chân đỡ
3.4.1. Tính sơ bộ khối lượng của toàn tháp
Khối lượng nắp bằng khối lượng đáy ( Giả sử đường ống dẫn vào nắp và đáy gần như nhau ).
Với nắp đáy elip làm từ thép X18H10T có 𝜌𝑋18𝐻10𝑇 = 7900 (kg/m3), Dt = 1400(mm), chiều dày S = 3 (mm), chiều cao gờ h = 25 (mm).
mnắp = mđáy = F.S.𝜌 = 𝜋. 0,72. 0,003.7900 = 36,48 𝑘𝑔
Khối lượng mâm :
Đường kính trong của tháp Dt = 1,4(m)
Bề dày mâm 𝛿m = 0,004(m)
Đường kính ống hơi dh = 0,075 (m)
Số ống hơi n = 35 (ống )
Diện tích ống chảy chuyền Sd = 𝜋.𝑑𝑐2
4 = 𝜋.0,0632
T r a n g | 44
Số ống chảy chuyền trên mỗi mâm z = 3
Số mâm Nt = 30mâm
Khối lượng riêng của thép X18H10T ρX18H10T = 7900 kg/m3 Mm = Nt.(F - z.Sd - n.𝜋.𝑑ℎ2
4). 𝛿m. 𝜌 = 30.( 𝜋 .0,72-3.0,00312-35. 𝜋.0,0752
4 ).0,004.7900
=1303,87 (kg)
Khối lượng chóp trên mâm của tồn tháp:
Mchóp= Nt.n.(𝜋. 𝑑𝑐ℎ. 𝑏 + 𝜋.𝑑𝑐ℎ2
4 − 𝑖. 𝑏. 𝑎). 𝛿𝑐ℎ. 𝜌
= 30.35.(𝜋.0,11.0,020 + 𝜋.0,112
4 - 42.0,020.0,005).0,004.7900 =405,29 (kg)
Khối lượng thân tháp :
Mthân = 𝜋. 𝐷𝑡. 𝐻𝑡ℎâ𝑛. 𝛿𝑡ℎâ𝑛. 𝜌 = 𝜋. 1,4.11,5.0,004.7900 = 1598,32 (𝑘𝑔)
Khối lượng ống hơi:
Mống hơi = 𝜋. 𝑑ℎ. ℎℎơ𝑖. 𝛿ℎơ𝑖. 𝑛. 𝑁𝑡𝑡.𝜌 = 𝜋. 0,05.0,056.0,003.35.30.7900 = 218,90 𝑘𝑔
Khối lượng gờ chảy tràn:
Mct = lw.hW.𝛿𝑐𝑡.𝜌. 𝑛.Nt = 0,990.0,04.0,003.7900.1.30=28,16 kg
Khối lượng ống chảy truyền:
𝑀ố𝑛𝑔 = (𝐻𝑚â𝑚− 𝑆1). 𝑁𝑡. 𝜋. 𝑑𝑐. 𝛿𝑐. 𝜌 = (0,35 − 0,016). 30. 𝜋. 0,063.0,003.7900
= 47,00 (𝑘𝑔)
Khối lượng bích nối thân:
Đường kính bên ngồi của tháp Dn= 1,408(m) Đường kính mặt bích của thân D= 1,54 (m)
T r a n g | 45
Tháp có 30 mâm, ta chọn số mân giưa hai mặt bích là 5, vậy có 16 mặt bích,
𝜌𝑋18𝐻10𝑇 = 79000(𝑘𝑔/𝑚3)
Mbích =π .𝐷2−𝐷𝑛2
4 . ℎ. 𝜌𝐶𝑇3. 16 = 𝜋.1,542−1,4082
4 . 0,05.7900.16 = 614,83 𝑘𝑔
Khối lượng bích nối các ống dẫn:
Mb = 𝜋
4. [(0,2052− 0,12). 0,014 + (0,122− 0,0322). 0,012 + (0,142−
0,052). 0,012 + (0,2352− 0,1252). 0,014 + (0,2352− 0,1252). 0,014]. 7900
= 11,93 𝑘𝑔
Khối lượng dung dịch trung bình trong tháp ( tính trong 1 giờ hoạt động liên tục của tháp):
Mdd = (G1.M1tb+G1’.M’1tb)
Trong đó: M1tb = 0,55.18,015+(1-0,55).60,052 =36,932
M’1tb = 0,085.18,015+(1-0,085).60,052 = 56,479
Vậy Mdd = 87,736.36,932 +135,206.56,479 =10876,56 kg/h
Vậy, tổng khối lượng của tồn tháp là: Mtháp=15177,82kg
3.4.2. Tính chân đỡ tháp
Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân.
Hình 6. Chân đỡ thiết bị đặt thẳng đứng Chọn: Vật liệu làm chân đỡ thép là thép X18H10T. Chọn: Vật liệu làm chân đỡ thép là thép X18H10T.
T r a n g | 46
Tải trọng cho phép trên một chân đỡ:
Gc = P
4 = Mthap.g
4 = 15177,82.9,81
4 = 37223,6N = 3,72. 104 N
Để đảm bảo an toàn cho thiết bị ta chọn Gc = 4.104 N
Tra bảng XIII.35, trang 437, [3] chọn chân đỡ có các thơng số sau:
L B 1 B2 H H S l d
Mm
260 200 225 330 400 225 16 100 27
Bảng 4. Kích thước chân đỡ thiết bị
Tính khối luợng gần đúng một chân đỡ:
Thể tích một chân đỡ:
V1 chânđỡ = [2.(H – s).s. B2 + L. s. B].10-9
= [2.(400 – 16).16.330 + 260.16.200].10-9 =4,887.10-3 (m3). Khối lượng một chân đỡ:
m1 chânđỡ = V1 chânđỡ . ρX18H10T =4,887.10-3.7900 = 38,607(kg).
3.4.3. Tính tai treo tháp
Hình 7. Tai treo thiết bị
Chọn 4 tai treo: Tai treo được gắn trên thân tháp và tựa vào giàn đỡ để giữ tháp vững trong quá trình làm việc.
T r a n g | 47
Tải trọng trên một tai treo chọn bằng với tải trọng trên một chân đỡ Gc=4.104 N Tra bảng XIII.36, trang 438, tài liệu tham khảo [3] chọn tai treo có các
thơng số sau:
F.104 q.10-6
L B B1 H S l a D M
m2 N/m2 Mm Kg
1,34 190 160 170 280 10 80 25 30 7,35
Bảng 5. Bảng kích thước tai treo
3.5. Tính lớp cách nhiệt
Trong quá trình hoạt động của tháp, do tháp tiếp xúc với khơng khí nên
nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh ngày càng lớn. Để tháp hoạt động ổn định, đúng với các thông số đã thiết kế, ta phải tăng dần lượng hơi đốt gia nhiệt cho nồi đun để tháp khơng bị nguội. Khi đó, chi phí cho hơi đốt sẽ tăng.
Để tháp khơng bị nguội mà khơng tăng chi phí hơi đốt, ta thiết kế lớp cách nhiệt bao quanh thân tháp.
Chọn vật liệu cách nhiệt cho thân tháp là bơng thủy tinh có bề dày là δb . Tra bảng 28, trang 416, [5]: Hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh là λb = 0,053 (W/m.K).
Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh: Qm = 5%.Qđ = 5%.717,572.1000 = 35878,6 (W) Nhiệt tải mất mát riêng:
𝑞𝑚 =𝑄𝑚 𝑓𝑡𝑏 = 𝜆𝑎 𝛿𝑏. (𝑡𝑣1 − 𝑡𝑣2) = 𝜆𝑎 𝛿𝑏. ∆𝑡𝑣 (𝑊 𝑚2) Trong đó:
tv1 : nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với bề mặt ngoài của tháp. tv2 : nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với khơng khí.
T r a n g | 48
nhiệt. Để an toàn ta lấy ∆tv = ∆tmax = tw - tkk
Chọn tkk = 35oC vậy ∆tv = ∆tmax = 117,02 – 35 = 82,02 ( oC )
ftb : diện tích bề mặt trung bình của tháp (kể cả lớp cách nhiệt), m2. ftb = π.Dtb.H = π.𝐷𝑡+𝐷𝑛 2 . 𝐻 = π.𝐷𝑡+𝐷𝑡+2𝛿𝑡ℎâ𝑛+2𝛿𝑏 2 .H= π. (𝐷𝑡+𝛿𝑡ℎâ𝑛+ 𝛿𝑏). 𝐻 Ta có phương trình: 35878,6 𝜋. (1,4 + 0,004 + 𝛿𝑏). 11,5= 0,053 𝛿𝑏 . 82,02 =>𝛿𝑏 = 0,0062 𝑚 = 6,2 𝑚𝑚. Vậy chọn 𝛿𝑏 = 6 𝑚𝑚 Thể tích vật liệu cách nhiệt cần dùng V=𝜋. (Dt + 2Sthân + 2𝛿𝑏). 𝛿𝑏. 𝐻= 𝜋.(1,4+2.0,004+2.0,0062).0,0062.11,5 = 0,318 (m3).
T r a n g | 49
CHƯƠNG 4. TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ
4.1. Cân bằng nhiệt lượng
4.1.1. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ
Qnt = (R + 1).D.rd (kJ/h)
Trong đó: Qnt là nhiệt lượng ngưng tụ do hơi sản phẩm đỉnh ngưng tụ thành lỏng (kJ/h). Chọn hơi sản phẩm đỉnh ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng.
Ta có D = 5,202 (kmol/h) R = 10,990
rd = 39791,862 (kJ/kmol)
Vậy Qnt = (10,990 + 1).5,202.39791,862 = 2481897,221 (kJ/h)
4.1.2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu đến nhiệt độ sôi QF = CF.F.(tF – to) (kJ/h) xF = 0,15 (mol/mol) xF = 0,15.𝑀𝑛 0,15.𝑀𝑛+0,85.𝑀𝑎𝑎 = 0,15.18,015 0,15.18,015+0,85.60,052 = 0,050 (kg/kg) Ta có F = 2000 (kg/h) tF = 111,95 oC, to = 25 oC ttb = 111,95+25 2 = 68,475 oC
(Tài liệu tham khảo [2] trang 154 bảng I.153 – 154)
Nhiệt dung riêng của nước Cn = 4190 (J/kg.độ)
Nhiệt dung riêng của acid acetic Caa = 2253,189 (J/kg.độ) CF = Cn.xF + Caa.(1 – xF) = 4190.0,050 + 2253,189(1 – 0,050) = 2350,030 (J/kg.độ)
T r a n g | 50
Vậy QF = 2350,030.2000.(111,95 – 25)
1000 = 408670,217 (kJ/h)
4.1.3. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
QW = CW.W.(tW – tWra) (kJ/h) xW = 0,02 (mol/mol) xW = 0,02.𝑀𝑛 0,02.𝑀𝑛+0,98.𝑀𝑎𝑎 = 0,02.18,015 0,02.18,015+0,98.60,052 = 0,006 (kg/kg) Ta có W = 32,010 (kmol/h) = 1895,352 (kg/h) tW = 117,02 oC chọn tWra = 35 oC ttb = 117,02+35 2 = 76,010 oC
(Tài liệu tham khảo [2] trang 154 bảng I.153 – 154)
Nhiệt dung riêng của nước Cn = 4190 (J/kg.độ)
Nhiệt dung riêng của acid acetic Caa = 2267,005 (J/kg.độ) CW = Cn.xW + Caa.(1 – xW) = 4190.0,006 + 2267,005(1 – 0,006) = 2278,543 (J/kg.độ)
Vậy QW = 2278,543.1895,352.(117,02 – 35)
1000 = 354214,938 (kJ/h)
4.1.4. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
QD = CD.D.(tD – tDra) (kJ/h) xD = 0,95 (mol/mol) xD = 0,95.𝑀𝑛 0,95.𝑀𝑛+0,05.𝑀𝑎𝑎 = 0,95.18,015 0,95.18,015+0,05.60,052 = 0,851 (kg/kg) Ta có D = 5,202 (kmol/h) = 104,648 (kg/h) tD = 100,3 oC chọn tDra = 35 oC ttb = 100,3+25 2 = 67,650 oC
T r a n g | 51
(Tài liệu tham khảo [2] trang 154 bảng I.153 – 154)
Nhiệt dung riêng của nước Cn = 4190 (J/kg.độ)
Nhiệt dung riêng của acid acetic Caa = 2248,693 (J/kg.độ) CD = Cn.xD + Caa.(1 – xD) = 4190.0,851 + 2248,693(1 – 0,851) = 3900,745 (J/kg.độ)
Vậy QD = 3900,745.104,648.(100,3 – 35)
1000 = 26655,797 (kJ/h)
4.1.5. Nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun ở đáy tháp
Cân bằng nhiệt lượng cho toàn tháp chưng cất QF + Qđ = QW + QD + Qnt + Qm
Qm là nhiệt lượng tổn thất, ta chọn Qm khoảng 5% nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun ở đáy tháp
Qđ = 354214,938+26655,797+2481897,221− 408670,217
0,95 =2583260,778 (kJ/h)
4.2. Thiết bị nhiệt
4.2.1. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ - ống, đặt nằm ngang
Ống truyền nhiệt được làm bằng thép CT3 với các thơng số Đường kính ngồi dn = 25 mm = 0,025 m
Bề dày ống 𝛿t = 2 mm = 0,002 m Đường kính trong dtr = 0,021 m Chiều dài ống L = 2 m
Chọn nước lành lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào t1 = 25 oC và nhiệt độ ra t2 = 45 oC. Ta có ttbN = 𝑡1+ 𝑡2 2 = 25+45 2 = 35 oC
T r a n g | 52
Tra cứu các thông số sau ở tài liệu tham khảo [2]
Khối lượng riêng 𝜌n = 993,5 (kg/m3) (trang 9 bảng I.2)
Độ nhớt của nước μn = 0,000729 (N.s/m2) (trang 92 bảng I.101) Hệ số dẫn nhiệt λn = 0,626 (W/m.độ) (trang 133 bảng I.129) Nhiệt dung riêng Cn = 4,176 (kJ/kg.độ) (trang 172 bảng I.153) Dòng hơi tại đỉnh đi ngoài ống với nhiệt độ tD = 100,3 oC
4.2.1.1. Suất lượng nước làm lạnh cần dùng
Ta có Qnt = 2481897,221 (kJ/h)
Lượng nước cần dùng (Tài liệu tham khảo [6] trang 169 công thức 5.307) GN = 𝑄𝑛𝑡
3600.𝐶𝑛.(𝑡2−𝑡1) =
2481897,221
3600.4,176.(45−25) = 8,255 (kg/s)
4.2.1.2. Hiệu số nhiệt độ trung bình logarit
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên
∆𝑡𝑙𝑛 = (𝑡𝐷−𝑡1)−(𝑡𝐷−𝑡2) ln (𝑡𝐷−𝑡1 𝑡𝐷−𝑡2) = (100,3−25)−(100,3−45) ln (100,3−25 100,3−45) = 64,786 (K) 4.2.1.3. Hệ số truyền nhiệt
Hệ số truyền nhiệt K (Tài liệu tham khảo [3] trang 3 công thức V.5) K = 1 1
𝛼𝑁+∑ 𝑟𝑡+ 1 𝛼𝑛𝑡
(W/m2.K)
Trong đó: αN – hệ số cấp nhiệt của dòng nước lạnh (W/m2.K)
αnt – hệ số cấp nhiệt của dòng hơi ngưng tụ (W/m2.K) ∑ 𝑟𝑡 – nhiệt trở qua thành ống và lớp cặn
Xác định hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống
Chọn vận tốc nước đi trong ống VN = 0,5 (m/s) (Tài liệu tham khảo [2] trang 370 bảng II.2)
T r a n g | 53
Số ống trong một đường nước n = 𝐺𝑁 𝜌𝑁. 4 𝜋.𝑑𝑡𝑟2.𝑉𝑁 = 8,255 993,5. 4 𝜋.0,0212.0,5 = 47,979 (ống) Chọn n = 48 ống
Vận tốc thực tế của nước trong ống VN = 4.𝐺𝑁 𝜌𝑁.𝑛.𝜋.𝑑𝑡𝑟2 = 4.8,255 993,5.48.𝜋.0,0212 = 0,500 (m/s) Chuẩn số Reynolds ReN = 𝑉𝑁.𝑑𝑡𝑟.𝜌𝑁 𝜇𝑁 = 0,5.0,021.993,5 0,000729 = 14309,671 Ta thấy ReN > 10000: cấp nhiệt xảy ra ở chế độ chảy rối.
Công thức chuẩn số Nu (Tài liệu tham khảo [3] trang 14 công thức V.40) NuN = 0,021.𝜀1. 𝑅𝑒𝑁0,8. 𝑃𝑟𝑁0,43. (𝑃𝑟𝑁
𝑃𝑟𝑊)0,25
Trong đó 𝜀1 – hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỉ lệ giữa chiều dài L và đường kính d của ống khi Re > 10000, tương ứng với 𝜀1 = 1.
PrN – chuẩn số Prandlt của nước ở 35oC nên PrN = 5 (Tài liệu tham
khảo [3] trang 12 hình V.12)
PrW – chuẩn số Prandlt của nước tra ở nhiệt độ trung bình vách Vậy NuN = 132,441
𝑃𝑟𝑊0,25
Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống
𝛼𝑁 = 𝑁𝑢𝑁.𝜆𝑁
𝑑𝑡𝑟 = 132,441.0,626
𝑃𝑟𝑊0,25.0,021 = 3948,003 𝑃𝑟𝑊0,25
T r a n g | 54
Nhiệt tải phía nước làm lạnh
qN = 𝛼N.(tW2 – ttbN) = 3948,003
𝑃𝑟𝑊0,25 .(tW2 – 35) (1)
Với tW2 – nhiệt độ của vách tiếp xúc với nước (trong ống) (oC).
4.2.1.4. Nhiệt tải qua thành ống và lớp cặn
qt = 𝑡𝑊1− 𝑡𝑊2
∑ 𝑟𝑡 (W/m 2)
Trong đó: tW1 – nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi ngưng tụ (oC). ∑ 𝑟𝑡 = 𝛿𝑡
𝜆𝑡 + 𝑟𝑐
Bề dày thành ống 𝛿𝑡 = 0,002 (𝑚)
Hệ số dẫn nhiệt của thép CT3 𝜆𝑡 = 50 (W/m.độ) (Tài liệu tham khảo [2] trang
127 bảng I.125.
Nhiệt trở trung bình lớp cặn trong ống 𝑟𝑐 = 1
2600 (m2.K/W) (Tài liệu tham khảo [5] trang 419 bảng 31) Vậy ∑ 𝑟𝑡 = 0,002 50 + 1 2600 = 0,000425 (m 2.K/W) qt = 𝑡𝑊1− 𝑡𝑊2 0,000425 (W/m 2) (2)
4.2.1.5. Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ ngồi ống
Điều kiện: ngưng tụ hơi bão hịa