CHƯƠNG 4 : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
4.4. Nồi đun đáy tháp
- Chọn nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy là nồi cĩ ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 16x2mm.
- Chọn hơi đốt là hơi nước 2 at, đi trong ống 16x2mm. Tra tài liệu tham khảo [1], ta cĩ:
Nhiệt độ sơi: tsN = 119,6oC.
Ẩn nhiệt ngưng tụ: rN = 2208*103 (J/kg) = 2208 (KJ/kg).
Sản phẩm đáy được đun sơi ở 99,24oC.
Suất lượng hơi nước cần dùng:
Qđ = 1 0,95 (Qw + Qp + Qnt – QF) Trong đĩ: Qw = 891,393*106 (J/h). QP = 264,852*106 (J/h). QF = 904,371*106 (J/h). ⇒ Qw = P(R + 1)Mprp = 7,54*(3,302 + 1)*39,812*997,744*103 = 1288,472*106 (J/kg). ⇒ Qđ = 1 0,95(891,393*106 + 264,852*106 + 1288,472*106 – 904,371*106) = 1621,417*106 (J/h) = 1621,417*103 (KJ/h) = 1621,417*103(KW). Vậy, suất lượng hơi nước cần dùng:
QhN = 𝑄đ 𝑟𝑁 = 1621,417∗103 2208∗3600 = 0,2039 (Kg/h). - Xác định bề mặt truyền nhiệt: Ftb = 𝑄đ 𝐾∗∆𝑡𝑡𝑏 (m2) (1) Trong đĩ: K : hệ số truyền nhiệt. ttb : nhiệt độ trung bình.
a. Xác định ttb
Dịng nĩng: 119,6 oC (hơi bão hịa) 119,6oC (lỏng ngưng). Dịng lạnh: 99,240C (hơi) 99,240C (lỏng sơi). ⇒ ttb = 119,6 – 99,24 = 20,360C. b. Xác định hệ số truyền nhiệt K K = 1 1 𝛼𝑁 +∑𝑟𝑡 + 1 𝛼𝑊 = (W/m2.độ) (2) Trong đĩ:
𝛼𝑁: hệ số cấp nhiệt của hơi nước (W/m2độ).
𝛼𝑤 : hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy (W/m2độ).
∑𝑟𝑡 : nhiệt trở của thành ống và lớp cáu cặn. - Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi nước:
𝛼𝑁 = 1,28A ( 𝑟𝑁 (𝑡𝑠𝑁−𝑡𝑤1)𝑑𝑛𝑔) 0,25 = 138,733𝐴 (119,6−𝑡𝑤1)0,25 Với:
tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi nước(trong ống).
A : hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý nước theo nhiệt độ [2]. - Nhiệt tải phía hơi:
qN = 𝛼𝑁(tsN – tW1) = 138,733*A(119,6 – tW1)0,75 (W/m2) (3) - Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu cặn:
qt = 𝑡𝑤1−𝑡𝑤2
∑𝑟𝑡 (W/m2) Trong đĩ
tw2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngồi ống).
∑𝑟𝑡 = 𝛿𝑡
𝜆𝑡+ 𝑟1+ 𝑟2 Bề dày thành ống: t = 2 (mm).
Hệ số dẫn nhiệt của thép khơng gỉ: t = 16,3 (W/mđộ).
Nhiệt trở của lớp bẩn bám ở hai bên tường ống xem như khơng đáng kể, cĩ thể bỏ qua.
⇒ ∑𝑟𝑡 =0,002
16,3 = 1,227*10-4 (m2.độ/W)
⇒ qt = 𝑡𝑤1−𝑡𝑤2
1,227∗10−4 (4) - Xác định hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy:
Tại nhiệt độ của dịng lỏng đáy t = 99,24oC ta cĩ:
w = 0,6799(W/mđộ). Cw = 4221,922(J/kgđộ).
w = 2,875*10-4 (N.s/m2).
w = 0,013 (N/m).
rw = 2245,296*103 (J/kg).
Khối lượng riêng của dung dịch đáy = 955,876 (kg/m3).
*: khối lượng riêng của hơi:
∗= 𝑀𝑤∗273
22,4∗(𝑡+273) = 18,112∗273
22,4∗(99,24+273) = 0,593(Kg/m3)
Vậy hệ số cấp nhiệt cho dịng chất lỏng đi ngồi ống là: (CT V.89, T26 [2])
𝛼𝑤 = 7,77*10-2 (𝜌∗.𝑟 𝜌−𝜌∗)0,033∗ (𝜌 𝜎)0,333 ∗ 𝜆0,450,75𝑞0,7 𝐶0,117𝑇0,37 =7,77*10-2(0,593∗2245,296∗103 955,876−0,593 ) 0,033 ∗ (955,876 0,013 )0,333∗ (2,875∗10−4)0,450,67990,75∗𝑞0,7 ∗4221,9220,117(99,24+273)0,37 = 5,096*q0,7
- Nhiệt tải phía sản phẩm đáy:
qW = 𝛼𝑤 (tw2 – 99,24) = 5,096*𝑞𝑤0,7 (tw2 – 99,24) (W/m2)
Chọn: tw1 = 114,8oC :
Khi đĩ, ở nhiệt độ trung bình:
119,6 + 114,8
2 = 117,2
𝑜𝐶
Ta tra được A = 186,74
Từ (3) ⇒ qN = 138,733*186,74(119,6 - 114,8)0,75 = 84013,303(W/m2). Xem nhiệt tải mất mát là khơng đáng kể: qt = qN = 84013,303 (W/m2).
Từ (4), ta cĩ: tw2 = tw1 - ∑𝑟𝑡*qt = 103,3620C qw = 5,096*𝑞𝑤0,7 (103,362 – 99,24) ⇒ qw = 86428,161 (W/m2).
Kiểm tra sai số:
=qw−qN qw = 86428,161−84013,303 86428,161 = 2,794% < 5% (thỏa). Vậy, tw1 = 114,80C và tw2 = 103,3620C. Khi đĩ: 𝛼𝑁 = 138,733∗186,74 (119,6−114,8)0,25 = 17502,771 (W/m2.độ). 𝛼𝑤 = 5,096*86428,1610,7 = 14550,842 (W/m2.độ). Từ (2) ⇒ K = 1 1 17502,771 + 1,227∗10−4 + 1 14550,842 = 4023,2 (W/m2.độ). Từ (1), bề mặt truyền nhiệt trung bình:
Ftb = 1288,472∗10 6
3600∗4023,2∗20,36 = 4,369 (m2).
Chọn số ống truyền nhiệt: n = 37 (ống).
Chiều dài ống truyền nhiệt: L = 4,369
𝜋∗37∗0,016+0,012 2
= 4,176 (m).
⇒ Chọn: L = 3(m).
Vậy, nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy là thiết bị truyền nhiệt vỏ-ống với số ống n = 37, chiều dài ống truyền nhiệt L = 3(m).
Ống được bố trí theo hình lục giác đều nên ta cĩ số ống trên đường chéo hình lục giác: b = 7(ống). Chọn bước ngang giữa hai ống: t = 1,5dng = 1,5*0,016 = 0,024 (m).
Đường kính vỏ thiết bị: Dv = t(b-1)+4dng = 0,024(7-1)+ 4*0,016 = 0,208(m). Chọn Dv = 0,3(m).