Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ - ống loại tuần hoàn nằm ngang
Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống: 25x2 mm
Chọn cách xếp ống thẳng hàng, bố trí theo hình lục giác đều, 91 ống (ST2_V.11/49) Nhiệt độ của nước vào là tLV = 25oC, nhiệt độ đầu ra của nước là tLR = 40oC
Dòng sản phẩm đỉnh ngưng tụ tại nhiệt độ tN = 65,03oC
Diện tích bề mặt truyền nhiệt được tính theo cơng thức: = ̅̅̅ (ST2_V.1/3)
.∆
Hiệu số nhiệt độ trung bình:
̅̅̅
∆ =
(
∆
Nhiệt lượng cần thiết để ngưng tụ sản phẩm ở đỉnh tháp:
= ̅. . ( + 1) = 447,17.1107,85. 103. (1,673 + 1) = 367832,48 ( ) Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức:1
= 1 +∑ + 1 (ST2_V.5/3) Trong đó:
: hệ số cấp nhiệt của nước trong ống (W/m2.K)
: hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ (W/m2.K)
∑ : nhiệt trở của thành ống và lớp cáu (m2.K/W)
- Xác định hệ số cấp nhiệt của nước trong ống ( ) Các thông số của nước ở nhiệt độ trung bình=
Lưu lượng nước: GN = 5,87 kg/s
Nhiệt dung riêng: CN = 4180,9 J/kg.oC
Khối lượng riêng: ρ
Độ nhớt động lực: µN = 0,765.10-3 N.s/m2
Hệ số dẫn nhiệt: λN = 0,62 W/m.oC
Vận tốc thực tế của nước trong ống:
Chuẩn số Reynolds:
46 | P a g e
Tính tốn tháp chưng cất mâm chóp
→Chế độ chảy quá độ, chuẩn số Nusselt được tính theo cơng thức:
Chuẩn số Nusselt: = 0. 1. 0,43. ( )0,25 (ST2_V.44/16)
2 Trong đó:
0: phụ thuộc vào ReN, với ReN = 5108,7 thì 0 = 15,5
1: hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào ReN tỷ lệ giữa chiều dài ống và đường kính
ống, giả sử 1 = 1.
PrN: chuẩn số Prandlt của nước ở 32,5oC nên PrN = 4,75 (ST2_V.12/12) Prw: chuẩn số Prandlt của nước ở nhiệt độ trung bình vách. Suy ra NuN =
Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống:
Nhiệt tải phía nước làm lạnh:=
Với tw2 là nhiệt độ của vách tiếp xúc với nước (trong ống)
* Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:
=
Trong đó:
: nhiệt độ của vách tiếp xúc với rượu (ngồi ống) và ∑
1
= 2 mm: bề dày thành ống
= 17,5 (W/m.oK): hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ
r = 1/5000 (m2.oK/W): Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn trong ống (ST2_V.1/4)
Suy ra: ∑ = 5,14.10-4 (m2.oK/W). Vậy qt = 1944,44 (
* Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ
= 0,725. √
4
Trong đó: Ẩn nhiệt ngưng tụ: rhh = rD = 1107,85 (kJ/kg)
Hệ số cấp nhiệt ngồi thành ống có bị ảnh hưởng bởi sự sắp xếp ống. Bố trí ống theo hình lục giác với 91 ống → số đường chéo của đường 6 cạnh là 11 ống. Tra (ST2_Hình V.20/30), ta có = 0,55.
Khi đó: = .
Nhiệt tải ngoài thành ống:
1 = . (65,03 − 1) = . . (65,03 − 1)0,75 = 0,55. . (65,03 − 1)0,75 (***)
Tính tốn tháp chưng cất mâm chóp
Từ (*), (**), (***) ta dùng phương pháp lặp để xác định 1, 2 Chọn 1 = 58,35oC Tại nhiệt độ trung bình:
Khối lượng riêng hỗn hợp: {
1 → = ℎℎ Độ nhớt động lực hỗn hợp: { ℎ = 0,346. 10−3 . / 2 ướ = 0,46. 10−3 . / 2 →µℎℎ = . µ ℎ + (1 − ). µ ướ →µℎℎ = 0,965. (0,346. 10−3) + (1 − 0,965). ( 0,46. 10−3) →µℎℎ = 0,349. 10−3 . / 2
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp: { ( ℎ ) = 2767,7 / ( ướ ) = 4190 /
→ ℎℎ = ℎ . ̅ + ướ . (1 − ̅) = 2767,7.0,98 + 4190. (1 − 0,98) = 2796,15 ( ) . độ Hệ số dẫn nhiệt: ℎℎ = 3,58. 10−8. ℎℎ. ℎℎ. 3√ ℎℎ ℎℎ 3 757,97 = 3,58. 10−8. 2796,15.757,97. √ 31,51 = 0,219 / Khi đó: = 0,725. √ Từ (***): = 6750,61.0,55. (65,03 − 58,35) 1
Xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể: qt = q1 = 15427,23 (W/m2) Từ (**), ta có: tw2 = 50,42oC. Suy ra ttbw = 54,39oC
Suy ra Prw = 4,65
Từ (*), tính được qN = 16111,92 (W/m2)
Kiểm tra sai số: =
Vậy tw1 = 58,35oC và tw2 = 50,42oC
Khi đó: = 899,1 (W/m2.oC) và = 4199,03 (W/m
=
Diện tích bề mặt truyền nhiệt:
Chiều dài ống truyền nhiệt: = . .( + )/2 = 2,99 ( )
Chọn chiều dài ống là 3 (m), thoả điều kiện L/dtr >50
48 | P a g e
Tính tốn tháp chưng cất mâm chóp
Chọn bước ngang giữa hai ống: t = 1,2.dống = 1,2.0,025 = 0,03 (m)
Đường kính vỏ thiết bị: Dv = t.(b-1) + 4.dống = 0,03.(11 – 1) + 4.0,025 = 0,4 (m)
→Chọn Dv = 0,4m.