CHƯƠNG 3 : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
4.1. Tính kích thước thiết bị
4.1.1. Lựa chọn thiết bị ngưng tụ
ChọnBình ngưng vỏ ống nằm ngangvới những ưu điểm sau:
Thiết bị chắc chắn, nhỏ gọn dễ dàng chế tạo lắp đặt, hình dạng đẹp phù hợp u cầu thẩm mỹ cơng nghiệp, có thể sửa chữa và làm sạch bằng cơ học hay hóa chất.
Suất tiêu hao kim loại nhỏ nhất khoảng 40-45 kg/m2 diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (của các ống). Ống nước có đường kính 20-50mm, tốc độ nước khoảng 1,2-2,5m/s (giá trị lớn cho nước bẩn).
Nhiệt độ nước làm mát qua bình ngưng có thể tăng từ 4-10K, tức 1kg nước nhận 6-33kJ nhiệt từ môi chất. Hệ số truyền nhiệt k tương đối lớn k = 800-1000W/m2.K.
Ít hư hỏng và tuổi thọ cao: đối các thiết bị ngưng tụ kiểu khác do chứa cả nước và khơng khí nên tốc độ bào mịn ống trao đổi nhiệt khá nhanh. Đối với bình ngưng ln ln ngập nước mà khơng tiếp xúc với khơng khí nên tốc độ bào mịn chậm hơn nhiều.
Nhưng cũng có một số nhược điểm sau:
Diện tích mặt bằng bình ngưng chiếm khơng lớn nhưng phải có diện tích dự phịng phía đầu bình hoặc có phương án thích hợp để có thể rút ống ra khi sửa chữa hay thay thế. Yêu cầu khối lượng nước làm mát lớn và nhanh tạo cận bẩn (nhất là chất lượng nước xấu) giảm nhanh khả năng truyền nhiệt.
Để tiết kiệm nước phải có tháp giải nhiệt tức phải đầu tư thêm kinh phí, chiếm thêm diện tích và thường gây ồn, ẩm môi trường lân cận.
→ Được dùng phổ biến với công suất lạnh trung bình và lớn, thích hợp cho những nơi có nguồn nước sạch và sẵn, giá thành nước khơng cao. Khi có thêm tháp giải nhiệt thì nhiệt
4.1.2. Các thông số ban đầu
Để đảm bảo chất lượng của thiết bị và khả năng chống ăn mòn chọn ống truyền nhiệt được làm bằng thép INOX 304 có các thơng số:
Bảng 4.1.1. Các thông số của ống truyền nhiệt được chọn trong thiết bị ngưng tụ.
Thơng số Giá trị
Đường kính ngồi của ống dng= 25 mm = 0,025 m Đường kính trong của ống dtr= 20 mm = 0,02 m
Bề dày thành ống δ = 2,5 mm = 0,0025 m
Chiều dài ống l = 3 m
Hệ số dẫn nhiệt của thành ống thép λ = 16,3 (W/m.oC )
Vận tốc dòng nước ω= 0,8 m/s
Nhiệt độ mặt ngoài thành ống tT1= 50oC
Dựa vào kết quả tính tốn cân bằng năng lượng thiết bị ngưng tụ ta được các giá trị trong bảng dưới đây.
Bảng 4.1.2. Các thơng số tính tốn cân bằng năng lượng thiết bị ngưng tụ.
Thơng số Giá trị
Nhiệt độ dịng hơi sản phẩm đỉnh trước khi vào
thiết bị ngưng tụ tD1= 57,30oC
Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở đỉnh rD= 559,5 kJ/kg Nhiệt độ vào của dòng nước làm lạnh tv= 30oC
Nhiệt độ ra của dòng nước làm lạnh tr= 40oC Suất lượng nước lạnh tiêu tốn để ngưng tụ dòng Gn1=23165,9kg/h
sản phẩm đỉnh thành lỏng sơi
ChọnGn1= 25 tấn/h
Tổng nhiệt lượng q trình ngưng tụ tỏa ra Qnt=967406,8kJ/h Độ chênh lệnh nhiệt độ trung bình của hai lưu chất∆tlog:
∆tlog =(tD1v− tr) − (tD1r− tv) ln (tD1v − tr)
(tD1r− tv)
=(57,30 − 40) − (57,30 − 30)
ln (57,30 − 40)(57,30 − 30) = 21,92℃.
Nhiệt độ trung bình của nước làm lạnh:
tntb = tD1 − ∆tlog = 57,30 − 21,92 = 35,38℃.
Bảng 4.1.3. Thông số vật lý của nước làm lạnh ở 35,38oC.
Thông số Giá trị Nội suy theo bảng
Khối lượng riêng (��, kg/m3) 993,4 Bảng I.2, tr 9, [1]
Độ nhớt (��, 10-3N/m2.s) 0,723 Bảng I.101, tr 91- 92, [1]
Ẩn nhiệt hóa hơi (rn, J/kg) 2427480,5 Bảng I.212 , tr 254, [1]
Hệ số dẫn nhiệt (��, W/m.độ) 0,632 Bảng I.130, tr 134, [1]
Nhiệt dung riêng (Cpn, kJ/kg.độ) 4,176 Bảng I.153, tr 171-172, [1]
Chuẩn sốPrn 4,82
Xác định chuẩn số Re của nước:
Ren=ω. dμtr. ρn
n =(0,8m/s). (0,02m)(993,4kg/m3)
0,723. 10−3N/m2. s = 21984. →Ren>10000 nước chảy thuộc chế độ chảy rối.