Thiết bị đun sơi dịng nhập liệu

Một phần của tài liệu Đồ án thiết kế thiết bị ngưng tụ hệ trong hệ thống chưng cất hệ aceton nước (Trang 89 - 94)

CHƯƠNG 5 : TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ

5.2. Thiết bị đun sơi dịng nhập liệu

Chọn thiết bị truyền nhiệt vỏ - ống loại TH đặt nằm ngang.

Chọn các ống truyền nhiệt được làm bằng INOX 304 có các thơng số sau:

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 = 2 m.

Hệ số dẫn nhiệt của thành ống thép λ = 16,3 (W/m.oC ). Nhiệt độ dòng nhập liệu đi vào ống tF2v= 50oC.

Số lượng ống 19. Lượng nhập liệu cần gia nhiệt GF= 2000 kg/h.

Gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà đi bên ngoài ống ở áp suất tuyệt đối: PF= 1at; tra bảng I.250, trang 312 [1] được giá trị ẩn nhiệt hóa hơi của nước: rnước= r1= 2,260 kJ/kg. Nhiệt độ là th= 99,1oC.

Nhiệt lượng cung cấp để đun sơi dịng nhập liệu làQD1 = 92785 kJ/h.

Xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình ΔTlog:

∆���� = �ℎ− ��2� − �ℎ− ��2� ln��ℎ− ��2�

ℎ − ��2�

= 99,1 − 50 − 99,1 − 63,3

�� 99,1 − 5099,1 − 63,3 = 42,1 ℃.

Nhiệt độ trung bình của dịng nhập liệu:

��2 = �ℎ − ∆����=99,1 – 42,1 = 57oC. Tại��2 =570C , ta có:

Thơng số Giá trị Nội suy theo bảng.

Khối lượng riêng (���, kg/m3) 846,3 Bảng I.2,tr 9, [1].

Độ nhớt (���, 10-3N/m2.s) 0,335 Bảng I.101, tr 91- 92, [1].

Hệ số dẫn nhiệt (���, W/m.độ) 0,312 Bảng I.130, tr 134, [1].

Nhiệt dung riêng (CpF2, kJ/kg.độ) 2,689 Bảng I.153, tr 171-172, [1].

Chuẩn số Pr của dòng nhập liệu ở 57oC:

PrF2 =CPF2. μF2

λF2 =

(2689J/kg. độ). (0,335. 10−3N/m2. s)

0,312W/m. độ = 2,89.

vF2 = 4. GF 3600. π. ρF2. dtr2. n = 4. (2000kg/h) 3600. π. (846,3kg/m3). (0,020m)2. 19= 0,11 m/s. Xác định chuẩn số Re: Re = vF2. dtr. ρF2μ F2 =(0,11m/s). (0,020m). (846,3kg/m3) (0,335. 10−3N/m2. s) = 5557,8.

Vậy thuộc vùng chảy quá độ, 2300 < Re < 10000.

Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng ở mặt ngoài ống chùm nằm ngang,α1 Giả sử chọn nhiệt độ bề mặt ngoài thành ống làtv1 =96,5oC.

Hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ bề mặt ngoài thành ống:

∆t = th − tv1 = 99,1 − 96,5 = 2,6℃. Nhiệt độ màng lỏng ngưng: tm =th+ tv1 2 = 99,1 + 96,5 2 = 97,8 ℃.

Tạith = 99,1 ℃ẩn nhiệt ngưng tụ của dòng hơi làrh =2260453,3 J/kg. Tại tm= 97,8oC, ta có:

Thơng số Giá trị Nội suy theo bảng.

Khối lượng riêng (��, kg/m3) 959,5 Bảng I.2,tr 9, [1].

Độ nhớt (��, 10-3N/m2.s) 0,292 Bảng I.101, tr 91- 92, [1].

Hệ số dẫn nhiệt (��, W/m.độ) 0,679 Bảng I.130, tr 134, [1].

Nhiệt dung riêng (CpN, kJ/kg.độ) 4,226 Bảng I.153, tr 171-172, [1].

α = 0,72.4 rh. λμN. ∆t. dngN3. ρN2. g=

= 0,72.4 (2260453,3J/kg) . (0,679W/m. độ)(0,292. 10−3N/m2. s). (2,6℃). (0,025m)3. (959,5kg/m3)2. (9,81m/s2)

= 17344 W/m2. độ.

Chọn hệ số phụ thuộc vào cách bố trí ống và số ống trong mỗi dãy thẳng đứng là:� =0,5.

α1 = α × ε = (17344 W/m2. độ). 0,5 = 8672W/m2. độ.

Nhiệt tải của hơi ngưng tụ ngoài thành ống,q1:

q1 = q = α1. th− tv1 = (8672W/m2. độ) 99,1 − 96,5 ℃ = 22547,2 W/m2.

Nhiệt trở cặn bẩn phía hơi ngưng:r2 =80001 m2. độ/W.

Nhiệt trở cặn bẩn phía dịng nhập liệu:r1 =116001 m2. độ/W.

Nhiệt độ bề mặt thành trong của ống là:

tv2 = tv1 − q. r1 +δλ + r2 = = 96,5℃ − (22547,2 W/m2). (11600 m1 2. độ/W) + 0,0025m 16,3W/m.độ + ( 1 8000 m2. độ/W) = 89℃.

Hệ số cấp nhiệt của dịng nhập liệu bên trong ống,α2. Tạitv2 =89oC, ta có:

Thơng số Giá trị Nội suy theo bảng.

Độ nhớt (���', 10-3N/m2.s) 0,243 Bảng I.101, tr 91- 92, [1].

Nhiệt dung riêng (CpF2’, kJ/kg.độ) 3,267 Bảng I.153, tr 171-172, [1].

Hệ số dẫn nhiệt dòng nhập liệu ở 89oC:

λF2' = 3,58. 10−8. CPF2'.3 MρF2'4

tbF = 3,58. 10−8. (3267J/kg. độ).3 (811,5kg/m(28kmol/kg)3)4 = 0,285 W/m. độ.

Chuẩn số Pr của dòng nhập liệu ở 89oC:

PrF2' =CPF2'. μF2' λF2' =

(3267J/kg. độ). (0,243. 10−3N/m2. s)

0,285W/m. độ = 2,78.

Chuẩn số Nu của dòng nước trong ống:

Nu = k0. ε1. PrPrF2

F2' 0,25

. PrF20,43 = 27.1. 2,892,78 0,25. 2,890,43 = 43,1. → α2 =Nu. λF2dtr =43,1. 0,3120,020 = 672,4 W/m2. độ.

Nhiệt tải của dòng nước,q2:

q2 = α2. tv2 − t2 = (672,4 W/m2. độ). 89 − 57 ℃ = 21516,8 W/m2.

Kiểm tra điều kiện sai số:

ε0 < 0,05: ε0 = q1q− q2

2 = 22547,2 − 21516,821516,8 = 0,047.

Ta thấy, tại116,9oC thỏa mãn điều kiệnε0 < 0,05. Hệ số truyền nhiệt K ứng vớitv1 = 96,5 ℃là:

K = 1 1 α1 + r1+ δλ + r2+ 1α 2 = 1 1 8672W/m2. độ+ ( 111600 m2. độ/W) + 0,0025m16,3W/m. độ + ( 18000 m2. độ/W) +672,4 W/m1 2. độ = 551,3W/m2. độ.

Diện tích bề mặt truyền nhiệt, F:

F = K. ∆TQ. 1000

log. 3600=

(92785kJ/h) . 1000

(551,3W/m2. độ). (42,1℃). 3600 = 1,11 m2.

Chiều dài một ống tương ứng với diện tích F là:

L = F

π. n.dtr+ d2 ng =

1,11m2

π. 19. 0,020 + 0,0252 = 0,83 m.

Vậy để dự trữ 20% diện tích bề mặt truyền nhiệt an toàn ta chọn chiều dài mỗi ống truyền nhiệt là 1 m.

Một phần của tài liệu Đồ án thiết kế thiết bị ngưng tụ hệ trong hệ thống chưng cất hệ aceton nước (Trang 89 - 94)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(123 trang)