Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh

Một phần của tài liệu ĐỒ án THIẾT kế kỹ THUẬT HOÁ học TÍNH TOÁN và THIẾT kế THÁP CHƯNG cất mâm CHÓP hệ METHANOL – nước (Trang 55 - 59)

Chọn thiết bị truyền nhiệt vỏ - ống, đặt nằm ngang, gồm 1 pass phía vỏ và 4 pass phía ống. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, gồm 61 ống xếp vòng lục giác, xếp thành 4 vòng, số ống trên đường xuyên tâm là 9. (ST2_V.11/49)

Chọn đường kính ngồi của ống dng = 0,025m, đường kính trong của ống dtr = 0,021m Bước ống, chọn : t = 1,2.dống = 1,2.0,025 = 0,03 m

Đường kính trong của thiết bị ống chùm ( ST2_V.141/49 ) D = t.(b-1) + 4d = 0,03.(9-1) + 4.0,025 = 0,34 m

→ Chọn D = 0,4 m

Nhiệt độ vào là tv = 25C và ra là tr = 40C. Sản phẩm đỉnh đi trong ống 25x2 (ống ngoài) với nhiệt độ vào là tDv = 65,03C và nhiệt độ ra là tDr = 40C.

Diện tích bề mặt truyền nhiệt được tính theo cơng thức: 𝐹𝑡𝑏 = 𝑄𝑛𝑡

𝐾.∆𝑡̅̅̅ ( ST2_V.1/3 ) Hiệu số nhiệt độ trung bình:

∆𝑡 ̅̅̅ =∆𝑡1−∆𝑡2 𝑙𝑛 (∆𝑡1 ∆𝑡2) =(65,03−40)−(40−25) 𝑙𝑛 (65,03−4040−25 ) = 16,59℃ ( ST2_V.8/5 ) Tính 𝜀(1−4): 𝑅 =𝑇𝐷1 − 𝑇𝐷2 𝑇2 − 𝑇1 =65,03−40 40−25 = 1,67 (ST6_3.61/192) 𝑆 = 𝑇2 − 𝑇1 𝑇𝐷1 − 𝑇1 = 40 − 25 65,03 − 25= 0,37 (ST6_3.61/192) 𝜀(1−4) = √𝑅 2+1.𝑙𝑛1 − 𝑅𝑆1 − 𝑆 (𝑅−1).𝑙𝑛2 − 𝑆.(𝑅+1 − √𝑅2+1) 2 − 𝑆.(𝑅+1+√𝑅2+1) = 0,82 (ST6_3.71/192)

Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức:

𝐾 = 1 1 𝛼𝑁+∑ 𝑟𝑡+ 1 𝛼𝐷 ( ST2_V.5/3 ) Trong đó:

𝛼𝑁: hệ số cấp nhiệt của nước trong ống (W/m2.K) 𝛼𝐷: hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh (W/m2.K) ∑ 𝑟𝑡: nhiệt trở của thành ống và lớp cáu (m2.K/W)

Nhiệt lượng cần tải:

𝑄𝑡 = 𝐺𝐷. 𝐶𝐷. (𝑡𝐷𝑣− 𝑡𝐷𝑟) = 447,17.2755,5. (65,03 − 40) = 30841,39 (𝑘𝐽

ℎ)

* Xác định hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đi trong ống

Các thông số của sản phẩm đỉnh tại nhiệt độ tDtb = (65,03 + 40)/2 = 52,52oC: Suất lượng đỉnh GD = 447,17/3600 = 0,124 (kg/s)

Nhiệt dung riêng CD = 2726,34 (J/kg.oC) Khối lượng riêng ρD = 762,73 (kg/m3) Độ nhớt động lực µD = 0,385.10-3 (N.s/m2 )

Hệ số dẫn nhiệt λD = 0,206 W/m.oC ( nội suy ST1_ bảng I.130/134) Vận tốc của sản phẩm đỉnh đi trong ống:

𝜈𝐷 = 4𝐺𝐷 𝜌𝐷𝜋4𝑛𝑑𝑡𝑟2= 4.0,124 762,73.𝜋4.61.0,0212= 0,03 (m/s) Chuẩn số Reynolds: 𝑅𝑒𝐷 =𝜈𝐷.𝑑𝑡𝑑.𝜌𝐷 𝜇𝐷 =0,03.0,021.762,73 0,385.10−3 = 1248,1 < 2300 (ST2_V.36/13) → Chế độ chảy dịng, chuẩn số Nusselt được tính theo cơng thức:

𝑁𝑢 = 0,15. 𝜀1. 𝑅𝑒0,33. 𝑃𝑟0,43. 𝐺𝑟0,1. (𝑃𝑟 𝑃𝑟𝑡)0,25 (ST2_V.45/17) Chuẩn số Gratkov: (ST2_V.39/13) 𝐺𝑟 =𝑔. 𝑑ố𝑛𝑔 3 . 𝜌𝐷2. 𝛽. ∆𝑡𝐿 𝜇𝐷2 =9,81. 0,021 3. 762,732. 1,25. 103. 10 (0,385. 10−3)2 = 4,5. 1012

Tra ST1_Bảng I.235/285, hệ số giãn nỡ thể tích của sản phẩm đỉnh coi như là methanol ở 52,52oC: 𝛽 = 1,25.103oC-1

Với:

𝜀1: hệ số phụ thuộc vào ReD và tỉ số L/dtr. Giả sử L/dtr > 50, nên 𝜀1= 1. PrD: Chuẩn số Prandlt của sản phẩm đỉnh ở 52,52C

𝑃𝑟𝐷 =𝜇𝐷.𝐶𝐷

λD =0,385.10−3.2726,34

0,206 = 5,1 ( ST2_V.35/12 ) → 𝑁𝑢𝑛 = 66,75

𝑃𝑟𝑤0,25

Hệ số cấp nhiệt của nước ngoài chùm ống : 𝛼𝐷 =𝑁𝑢𝐷.λD

𝑑𝑛𝑔 = 66,75.0,206

𝑃𝑟𝑤0,25.0,021 = 654,8

𝑃𝑟𝑤0,25 (W/m2.oC) (ST2_V.33/11) Nhiệt tải phía nước lạnh:

𝑞𝐷 = 𝛼𝐷. (𝑡̅ − 𝑡𝐷 𝑤1) = 654,8

* Xác định hệ số cấp nhiệt của nước đi ngồi ống

Các thơng số của nước ở nhiệt độ trung bình tNtb = (tv + tr) = (25+40)/2 = 32,5oC Nhiệt dung riêng Cn = 4180,9 J/kg.oC ( Nội suy ST1_Bảng I.147/165 ) Khối lượng riêng ρn = 995,2 kg/m3 ( Nội suy ST1_ Bảng I.2/ 9 ) Độ nhớt động lực μn = 0,765.10-3 N.s/m2 ( Nội suy ST1_Bảng I.101/91 ) Hệ số dẫn nhiệt λn = 0,62 W/m.oC ( Nội suy ST1_Bảng .129/133 ) 𝐺𝑛2 =𝐷̅.𝐶𝐷.(𝑡𝐷−𝑡𝐷′)

𝐶𝑛.(𝑡2−𝑡1) =447,17.2726,34.(65,03−40)

4180,9.(40−25) = 486,58 (kg/h) Vận tốc thực tế của nước ở ngoài ống:

𝜈𝑛 = 4.𝐺𝑛2 𝜌𝑛.𝜋.𝑑2𝑡𝑑 = 4.486,58 995,2.𝜋.(0,42−61.0,0252).3600= 1,42.10-3 (m/s) Chuẩn số Reynolds: 𝑅𝑒𝑛 =𝜈.𝑑𝑡𝑑.𝜌𝑛 𝜇𝑛 =5,22.10−3.√0,42−61.0,0252.995,2 0,765.10−3 = 2270,7 < 2300 ( ST2_V.36/13) → Chế độ chảy dịng, chuẩn số Nusselt được tính theo cơng thức:

𝑁𝑢 = 0,23. 𝜀𝜑. 𝑅𝑒0,65. 𝑃𝑟0,33. (𝑃𝑟

𝑃𝑟𝑡)0,25 ( ST2_V.47/18 ) Với:

𝜀𝜑: hệ số tính đến ảnh hưởng của góc 𝜃 ( giả sử 90o ) nên 𝜀𝜑 = 1.

Prn: Chuẩn số Prandlt của nước ở 32,5oC, Prn = 4,75 (ST2_ Hình V.12/12) Prw: Chuẩn số Prandlt của nước ứng với nhiệt độ trung bình của vách.

→ 𝑁𝑢𝑛 = 46,4

𝑃𝑟𝑤0,25

Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống: 𝛼𝑛 =𝑁𝑢𝑛.λn

𝑑ố𝑛𝑔 = 46,4.0,62

𝑃𝑟𝑤0,25.0,025=1150,72

𝑃𝑟𝑤0,25 (W/m2.oC) Nhiệt tải phía nước làm lạnh:

𝑞𝑛 = 𝛼𝑛. (𝑡𝑤2− 𝑡𝑛𝑡𝑏) =1150,72

𝑃𝑟𝑤0,25. (𝑡𝑤2− 32,5) (**) Với tw2 là nhiệt độ của vách tiếp xúc với nước ở phía trong ống.

* Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:

𝑞𝑡 =𝑡𝑤1−𝑡𝑤2

∑ 𝑟𝑡 (W/m2)

Với: tw1 là nhiệt độ của vách tiếp xúc với rượu ở ngoài ống và ∑ 𝑟𝑡 =𝛿𝑡

𝜆𝑡+ 2𝑟 Bề dày thành ống: 𝛿𝑡 = 0,002 m

Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ: 𝜆𝑡 = 17,5 (W/m.oK) (ST3_Bảng 28/28) Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn trong ống: r =1/5000 (m2.oK/W) (ST2_V.1/4) Suy ra: ∑ 𝑟𝑡 = 5,14.10-4 (m2.oK/W). Vậy qt = 1944,44 (𝑡𝑤1 − 𝑡𝑤2) (***)

Từ (*),(**),(***) tính lặp để tìm tw1 và tw2. Chọn tw1 = 41,41oC

Các thông số của sản phẩm đỉnh ứng với nhiệt độ tw1: Nhiệt dung riêng 𝐶𝑤1 = 2676,35 J/kg.oC

Độ nhớt động lực µw1= 0,442. 10−3N. s/m2

Hệ số dẫn nhiệt 𝜆𝑤1 = 0,208 𝑊/𝑚𝐾 ( nội suy ST1_ bảng I.130/134) 𝑃𝑟𝑤1 =𝜇𝑤1.𝐶𝑤1

𝜆𝑤1 =0,442.10−3.2676,35

0,208 = 5,69 ( ST2_V.35/12) Từ (*) → qD = 4710,26 (W/m2)

Xem như nhiệt mất mát không đáng kể: qt = qD = 4710,26 (W/m2) Từ (***) → tw2 = 38,99oC → twtb = (41,41+38,99)/2 = 40,2oC → Prw2 = 5,77 (ST2_V.12/12)

Từ (**) → qn = 4818,59 (W/m2)

Kiểm tra sai số: 𝜀 =|𝑞𝑛−𝑞𝐷|

𝑞𝐷 . 100% = 2,3% < 5% (thoả)

Vậy tw1 = 41,41oC và tw2 = 38,99oC

Khi đó: αn = 742,46 (W/m2.C) và αD = 422,49 (W/m2.C) Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức:

𝐾 = 1 1 742,46+5,14.10−4+422,491 = 198,53 (W/m2.oC) (ST2_V.8/5) Bề mặt truyền nhiệt: ( ST6_3.72/192 ) 𝐹𝑡𝑏 = 𝑄𝑛𝑡 𝐾.∆𝑡̅̅̅.𝜀(1−4) = 8567,05 198,53.16,59.0,82= 6,34 m2 Chiều dài ống: 𝐿 = 𝐹𝑡𝑏 𝜋. 𝑛.(𝑑𝑛+ 𝑑𝑡𝑟)/2= 1,61 (𝑚)

Chọn chiều dài ống là 2 m, đường kính trong của vỏ tiêu chuẩn Dtr = 0,4 m. Kiểm tra lại tỉ số L/Dtr:

𝐿 𝐷𝑡𝑟 = 2

Một phần của tài liệu ĐỒ án THIẾT kế kỹ THUẬT HOÁ học TÍNH TOÁN và THIẾT kế THÁP CHƯNG cất mâm CHÓP hệ METHANOL – nước (Trang 55 - 59)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(70 trang)