CHƯƠNG 4 : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
4.3. Thiết bị gia nhiệt hỗnhợp đầu
- Chọn thiết bị gia nhiệt dịng nhập liệu là thiết bị truyền nhiệt vỏ ống đặt nằm ngang.
- Dùng hơi nước bão hịa cĩ áp suất tuyệt đối 2at ngưng tụ ngồi ống, dịng nhập liệu đi trong ống. Ống truyền nhiệt gồm 19 ống được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống: 38x3mm.
- Các thơng số của hơi ngưng tụ:
Nhiệt độ ngưng tụ: th = 119,6oC.
- Các thơng số của dịng nhập liệu:
Nhiệt độ vào: tV = 30oC.
Nhiệt độ ra: tR = 90,42oC.
Lưu lượng GF = 2427,3 (kg/h).
- Nhiệt độ trung bình của dịng nhập liệu: ttb = = = 60,20C
- Các thơng số vật lý của dịng nhập liệu được tra ở nhiệt độ trung bình. - Nhiệt dung riêng: cF = 4059,484 (J/kg.độ).
Khối lượng riêng: F = 953,727 (Kg/m3).
Độ nhớt động lực: F = 6,751*10-4 (N.s/m2).
Hệ số dẫn nhiệt: F = 0,614 (W/mđộ). - Nhiệt lượng cung cấp cho dịng nhập liệu:
QF = GF*CF*(tR - tV) = 2427,3*4059,484*(60,21 - 30) = 297676818,4 (J/h). - Suất lượng hơi nước cần dùng để gia nhiệt:
GN = = 134,817 (Kg/h). - Xác định bề mặt truyền nhiệt:
Ftb = (1) Trong đĩ:
K: hệ số truyền nhiệt.
tlog: nhiệt độ trung bình logarit.
a. Xác định tlog
- Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: = 53,8560C
b. Xác định hệ số truyền nhiệt K
K = (2) Trong đĩ:
αF : hệ số cấp nhiệt của hỗn hợp đầu trong ống (W/m2độ).
rt : nhiệt trở của thành ống và lớp cáu. - Xác định hệ số cấp nhiệt của nước trong ống:
Vận tốc hỗn hợp đầu đi trong ống: VF = = 0,046 (m/s)
Chuẩn số Reynolds: ReF = = 2079,523
Xác định chuẩn số Nusselt:
Vì 2300 < ReF < 104: chế độ chảy quá độ, cơng thức xác định chuẩn số Nusselt là:
NuF Trong đĩ:
Dựa vào phương pháp nội suy T16 [2] ta cĩ: k0 = 2,47.
: hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào và tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống.
ReF > 50 nên = 1.
: chuẩn số prandlt của hỗn hợp đầu ở 60,21oC ⇒ PrF = 4,436.
: chuẩn số prandlt của hỗn hợp đầu ở nhiệt độ trung bình của vách ⇒ NuF = 2,47*1*4,4630,43* =
Hệ số cấp nhiệt của hỗn hợp đầu trong ống: (3)
Nhiệt tải phía hỗn hợp đầu: qF = (tw2 – ttb)
( tw2: nhiệt độ của vách tiếp xúc với hỗn hợp đầu trong ống) - Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu cặn:
qt = Trong đĩ:
+ r2
Bề dày thành ống: t = 3(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.
⇒ = 1,84*10-4 (m2.độ/W)
⇒ qt = (4) - Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ:
Trong đĩ:
Ẩn nhiệt ngưng tụ: rh = 2208*103(J/kg).
Trị số A đối với nước tra bảng ở nhiệt độ màng ngưng: tm =
Nhiệt tải ngồi thành ống:
qh = (119,6 – tw1) = 111,75*A(119,6 – tw1)0,75 (5)
Từ (3), (4), (5) ta dùng phương pháp lặp để xác định tw1, tw2 : Chọn: tw1 =118,5oC ⇒ tm =119,05oC ⇒ Khi đĩ: A = 186,393.
Từ (5): qh = 111,75*186,393*(119,6 - 118,5)0,75 = 22912,359 (W/m2). Xem nhiệt tải mất mát là khơng đáng kể: qt = qh = 22912,359 (W/m2). Từ (4) ya cĩ tw2 = tw1 - =113,8380C.
- Các tính chất lý học của hỗn hợp đầu được tra ứng với nhiệt độ tw2 =113,834
Nhiệt dung riêng: cF = 4179,353(J/kg.độ).
Độ nhớt động lực: F = 6,494*10-4 (N.s/m2).
Hệ số dẫn nhiệt: F = 0,264(W/mđộ). Từ (3) ⇒ qF =
- Kiểm tra sai số:
⇒ tw1 = 118,5oC và tw2 = 113,834oC. Khi đĩ: = 20339,698 (W/m2.độ). = 439,758 (W/m2.độ)
Từ (2) ⇒ K = = 398,86 (W/m2.độ). Từ (1) ⇒ Bề mặt truyền nhiệt trung bình: Ftb = = 3,849 (m2).
Vậy chiều dài ống truyền nhiệt : L’ = = 1,84m.
Kiểm tra hệ số cấp nhiệt của aceton khi cĩ kể đến sự ảnh hưởng của sự sắp sếp, bố trí ống. Chọn cách xếp ống thẳng hàng, bố trí theo dạng lục giác đều,vậy với 19 ống thì ta sếp được 5 hàng.
Số ống trung bình trong 1 hàng: = 3,8. Tra tài liệu tham khảo[2], ta cĩ tb = 0,764.
Khi đĩ: h = 0,764 * 20339,698= 153059,529 (W/m2.độ).
Tính lại hệ số truyền nhiệt K từ (2), ta cĩ: K = 398,86 (W/m2độ). Suy ra bề mặt trung bình: Ftb = 4,364 (m2).
Khi đĩ: chiều dài ống truyền nhiệt:
L’ = = 2,088 (m) < 3(m) thỏa Vậy:
- Thiết bị gia nhiệt nhập liệu là thiết bị truyền nhiệt vỏ – ống gồm n=19(ống), dài L = 3(m).
- Ống được bố trí theo hình lục giác đều nên ta cĩ số ống trên đường chéo hình lục giác: b = 5(ống).
- Chọn bước ngang giữa hai ống: t = 1,5*dng = 1,5*0,038 = 0,057 (m). - Đường kính vỏ thiết bị: Dv = t(b-1)+4dng=0,048*(5- 1)+4*0,038= 0,344(m).